协同通信系统中基于构造函数的中继选择方法
【专利摘要】本发明公开了一种协同通信系统中基于构造函数的中继选择方法，包括：构造四个状态函数，即高信噪比状态函数、低信噪比状态函数、高负荷状态函数和低负荷状态函数；计算潜在中继节点i的VHL、VHH、VLH、VLL值，当潜在中继节点i的VHL值大于VHH、VLH、VLL三者中的最大值时，将潜在中继节点i选入候选中继节点集；根据中继节点需求数目按照各候选中继节点的VHL值从大到小依次选取一个或一个以上的候选中继节点作为中继节点；当候选中继节点的VHL值相等时，优先选取最低负荷的候选中继节点作为中继节点；当候选中继节点的VHL值相等且负荷也相等时，则优先选取中继链路信噪比最大的候选中继节点为中继节点。本发明同时考虑了中继链路信噪比和中继节点负荷，因此能够克服现有网络中继负荷不平衡的缺陷。
【专利说明】协同通信系统中基于构造函数的中继选择方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及移动通信【技术领域】，具体涉及一种协同通信系统中基于构造函数的中 继选择方法。
【背景技术】
[0002] 在协同通信网络中，往往存在多个潜在的中继节点，如何合理、有效地从这些潜在 中继节点中选择中继或协同节点，显得十分重要。在协同通信网络中继选择技术的研究中， 人们把大量的精力用于研究如何选择中继来提高信道容量、减小端到端传输时延、降低数 据传输能耗和接收误比特率；但是对于中继节点负荷的平衡问题关注很少，因此当前获得 的研究成果往往存在以下问题：
[0003] (1)现有研究一般选择信道条件良好的中继链路参与协同通信，因此信道条件良 好的中继链路被选择的频率更高，当中继节点为用户设备时，信道条件良好的用户设备消 耗的能量非常快，对于电池供电的用户设备来说是难以承受的，而且用户本身从协同中却 不能获得收益，严重损害了用户体验。
[0004] (2)中继负荷不平衡将导致高负荷节点的呼叫阻塞概率或者数据端到端时延增 大，增大了系统资源调度的难度和系统复杂度。
[0005] (3)在传统的蜂窝网络中，有效的移动台关联和负荷平衡对于获得高的系统容量 至关重要，在协同通信网络中也是如此，中继负荷不平衡将对获得高的系统容量带来不利 影响。
[0006] 为了直观说明，对一种常用的中继选择方法即最佳中继选择方法进行了仿真，该 方法从潜在中继节点中选择具有最大链路信噪比的中继，但是却引入了中继负荷不平衡。 我们建立了一个由源节点、5个中继节点、目的节点构成的协同通信系统基本模型，源节点 到中继节点链路的平均信噪比分10dB、15dB、18dB、20dB、25dB，中继节点到目的节点链路的 平均信噪比与源节点到该中继节点链路的平均信噪比相同，通过仿真得到最佳中继选择方 法下协同通信系统各中继节点的平均负荷、呼叫阻塞率如图1、图2所示。
[0007] 从图1可以看出，在最佳中继选择方法下，对于某个呼叫达到率，协同通信系统中 继节点的平均负荷是非常不平衡的，链路平均信噪比高的中继节点的平均负荷总是明显 高于链路平均信噪比低的中继节点；从图2可以看出，在最佳中继选择方法下，对于某个呼 叫到达率，链路平均信噪比高的中继节点的呼叫阻塞率也明显高于链路平均信噪比低的中 继节点，中继5的呼叫阻塞率高达50%以上，而链路平均信噪比最低的中继节点的呼叫阻 塞率在5%以下，差距非常大。
【发明内容】
[0008] 为了平衡中继节点负荷，本发明同时考虑了中继链路信噪比或中继链路平均 信噪比潜在中继节点的负荷ni或潜在中继节点的平均负荷％，因此本发明能够克服上 述现有技术中的缺陷。
[0009] -种协同通信系统中基于构造函数的中继选择方法，包括：
[0010] 构造四个状态函数，即高信噪比状态函数、低信噪比状态函数、高负荷状态函数和 低负荷状态函数；计算潜在中继节点i的V、Vhh、ν ω、V值，当潜在中继节点i的值大 于VHH、Vm、Vu三者中的最大值时，将潜在中继节点i选入候选中继节点集；根据中继节点需 求数目按照各候选中继节点的AV值从大到小依次选取一个或一个以上的候选中继节点作 为中继节点；当候选中继节点的AV值相等时，优先选取最低负荷的候选中继节点作为中继 节点；当候选中继节点的AV值相等且负荷也相等时，则优先选取中继链路信噪比最大的候 选中继节点为中继节点。
[0011] 所述方法还包括：当候选中继节点集为空集或者所选中继节点数目未达到需求数 目时，执行以下步骤：
[0012] (1)令 step = β /MAX_NUM，计算 A [j] = β -j*step，其中 j = 1，2,…MAX_NUM, 得到A[1]、A[2]、"·、Α[ΜΑΧ_ΝυΜ];设置j的初始值为1 ;
[0013] (2)令β = A [j]，计算未被选入候选中继节点集的余下潜在中继节点i的νΗΙΛ νΗΗ、νω、να;当余下潜在中继节点i的值大于VHH、Vm、Vu三者中的最大值时，将余下潜在 中继节点i选入候选中继节点集；再根据中继节点需求数目按照各候选中继节点的AV值从 大到小依次选取一个或一个以上的候选中继节点作为中继节点；当候选中继节点的￥1值 相等时，优先选取最低负荷的候选中继节点作为中继节点；当候选中继节点的AV值相等且 负荷也相等时，则优先选取中继链路信噪比最大的候选中继节点为中继节点；
[0014] (3)当候选中继节点集为空集且j < MAX_NUM或者所选中继节点数目未达到需求 数目且j < MAX_NUM时，令j = j+Ι，转回上一步骤。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1描述了利用最佳中继选择方法时协同通信系统各中继节点的平均负荷。
[0016] 图2描述了利用最佳中继选择方法时协同通信系统各中继节点的呼叫阻塞率。
[0017] 图3描述了利用本发明提供的方法时协同通信系统各中继节点的平均负荷。
[0018] 图4描述了利用本发明提供的方法时协同通信系统各中继节点的呼叫阻塞率。
【具体实施方式】
[0019] 在实际系统中，可以用潜在中继节点被占用信道数目与该节点总信道数目之比、 或潜在中继节点当前发射功率与该节点最大发射功率之比、或潜在中继节点已占用的物理 资源块数量与该节点总物理资源块数量之比、或当前频谱利用率与可达频谱利用率之比等 技术指标来衡量潜在中继节点的负荷Π i，i = 1，2，…Nd，Nd为潜在中继节点数目。
[0020] 本发明构造了四个状态函数，即高信噪比状态函数、低信噪比状态函数、高负荷状 态函数和低负荷状态函数；四个状态函数的具体表达式分为两类。
[0021] (1)第一类状态函数：
[0022] 高信噪比状态函数：
【权利要求】
1. 一种协同通信系统中基于构造函数的中继选择方法，包括： 构造四个状态函数，即高信噪比状态函数、低信噪比状态函数、高负荷状态函数和低负 荷状态函数； 计算潜在中继节点i的V、VHH、Vm、V值，当潜在中继节点i的值大于VHH、V m、V 三者中的最大值时，将潜在中继节点i选入候选中继节点集； 根据中继节点需求数目按照各候选中继节点的值从大到小依次选取一个或一个以 上的候选中继节点作为中继节点； 当候选中继节点的AV值相等时，优先选取最低负荷的候选中继节点作为中继节点；当 候选中继节点的AV值相等且负荷也相等时，则优先选取中继链路信噪比最大的候选中继 节点为中继节点。
2. 根据权利要求1所述的方法，还包括：当候选中继节点集为空集或者所选中继节点 数目未达到需求数目时，执行以下步骤： (1) 令 step = β /MAX_NUM,计算 A [j] = β -j*step，其中 j = 1，2,…MAX_NUM,得到 A[1]、A[2]、"·、Α[ΜΑΧ_ΝυΜ];设置 j 的初始值为 1 ; (2) 令β = A [j]，计算未被选入候选中继节点集的余下潜在中继节点i的VHI；、VHH、 Vm、Vu ;当余下潜在中继节点i的值大于VHH、νω、Vu三者中的最大值时，将余下潜在中 继节点i选入候选中继节点集；再根据中继节点需求数目按照各候选中继节点的AV值从大 到小依次选取一个或一个以上的候选中继节点作为中继节点；当候选中继节点的值相 等时，优先选取最低负荷的候选中继节点作为中继节点；当候选中继节点的AV值相等且负 荷也相等时，则优先选取中继链路信噪比最大的候选中继节点为中继节点； (3) 当候选中继节点集为空集且j <MAX_NUM或者所选中继节点数目未达到需求数目 且j < MAX_NUM时，令j = j+Ι，转回上一步骤。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中所述高信噪比状态函数、低信噪比状态函数、 高负荷状态函数和低负荷状态函数分别由下述两种类型之一的数学式表述： 类型1: 高信噪比状态函数：
低信噪比状态函数
高负荷状态函数
低负荷状态函数
其中，X为以dB为单位的变量,y为大于或等于0的实数，P为实数且0 < P < 1, α 为大于〇的实数，β为大于或等于〇的实数，
为大于零的实数； 类型2: 高信噪比状态函数：
低信噪比状态函数
高负荷状态函数
低负荷状态函数
其中，X为大于0的实数，y为大于或等于0的实数，q为大于0的正整数，α为大于〇的 实数，β为大于或等于0的实数，G(x)、U(y)是斜率修正函数且0彡G(x)彡1、0彡U(y)彡1。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述状态函数参数α和β分别为： a = ln(2G( γ τ))/γ τ ； β = In(2U(Φτ))/Φτ ； 其中：GUT)尹0.5, γτ为中断门限，Φτ为绝对低负荷门限。
5. 根据权利要求3所述的方法，其中所述Vm、Vm νω、V的数学表达式分别为：
其中：中继链路信噪比L为源节点到潜在中继节点i之间的链路信噪比与潜在 中继节点i到目的节点之间的链路信噪比Y2i之中的相对小值；L为潜在中继节点的负 荷；i = l，2，…Nd，Nd为潜在中继节点数目。
6. 根据权利要求3所述的方法，其中所述Vm、Vm νω、V的数学表达式分别为：
其中：中继链路平均信噪比焉.为源节点到潜在中继节点i之间的链路平均信噪比 &与潜在中继节点i到目的节点之间的链路平均信噪比Fai之中的相对小值；叾为潜在 中继节点的平均负荷；i = 1，2，…Nd，Nd为潜在中继节点数目。
7. 根据权利要求3所述的方法，其中所述Vm、Vm νω、V的数学表达式分别为：
其中：Λ γ i为γ U+A γ π与γ2?+Λ ^21之中的相对小值；l为潜在中继节点的负荷；
【文档编号】H04W40/22GK104105157SQ201410279457
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年8月17日 优先权日:2014年8月17日
【发明者】肖琨, 覃彩玲 申请人:广西师范大学