[发明专利]一种半分布式中继节点分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，是解决具有多信源、多中继协作通信网络中继节点分配问题的有效方法。

背景技术

众所周知，接收信号的功率随着传输距离的增大呈指数衰减，在发射功率一定的情况下，小区边缘用户的信噪比较低，所以能达到的信息速率较小。第四代移动通信系统要求很高的信息速率，给用户提供可靠的服务，因此进一步提高用户的信息速率尤其是小区边缘用户的信息速率将是无线通信所面临的重要问题。协作通信技术可以解决上述问题，通过中继节点在用户与基站之间转发信息，可以有效地扩大小区覆盖范围和提高小区边缘用户的信息传输速率。因此，协作通信技术一直是通信界研究的热点问题，其中中继节点的分配是协作通信系统中面临的首要问题。中继节点的分配决定用户与哪个中继节点进行协作，在进行中继节点的分配时，优化目标一般为在保证公平性的前提下提高网络的容量。中继节点的分配算法主要有集中式算法与半分布式算法。对于集中式算法，它有一个中心控制器，且需要全部的信道信息，但是当网络节点较多时，这类算法的复杂度太高，在实际通信中并不可行。与集中式算法相比，半分布式算法也需要一个中心控制器，但中心控制器只需要知道部分信道信息，并且可以采用复杂度较低的中继节点分配算法。近些年对中继节点分配方法的研究主要在单信源、多中继节点的场景下进行的，针对更具一般意义的多信源、多中继网络的研究成果还比较少。

发明内容

本发明提出一种半分布式中继节点分配方法，主要内容如下：

协作通信网络的中继节点确定其可行信源集合的方法。考虑经典的译码-前传(DF，Decode-and-Forward)中继模型：包含一个信源s，一个中继节点r以及目的节点d。信源s以帧为单位发送数据，每帧包含两个时隙。在每帧的第1个时隙，s发信息，r与d接收信息，中继节点r对第一个时隙接收到的信息进行译码。在第2个时隙，中继节点r将译码信息进行重复编码后发给目的节点d。在上述模型中，单位带宽的最大信息速率的表达式为：其中β_sr表示从信源到中继节点的信道增益，β_sd为信源到目的节点的信道增益，β_rd表示中继节点到目的节点的信道增益，σ²为高斯白噪声的方差。P_s，P_r分别表示信息源与中继节点的发射功率。本发明不考虑功率分配问题，设网络中每个节点发射功率相同，即满足P_s＝P_r＝P。如果信源采用直接传输模式，即不采用协作通信技术，将所有时隙都和功率都分配给信源，则此时的最大信息速率可以表示：值得注意的是，使用中继节点r并不一定能使信源与目的节点间的最大信息速率提高，在发射功率一定的情况下，选用某些中继节点反而会使信源-目的节点间最大信息速率下降。因此，若中继节点r对信源s可行，需满足即其中为发射信噪比。化简后可得中继节点r对信源s可行的条件为：中继节点对信源可行，即相对于信源直接传输信息到目的节点，使用该中继节点可以提高信源与目的节点间的最大信息速率。在多信源、多中继协作通信网络中，每个中继节点根据上述条件，确定其可行的信源集合。设网络中信源的集合为S，则对于中继节点r，其可行的信源集合Γ_r可由以下操作获得：其中C_n^s，C_m^s为对于信源s，中继节点是否可行的两个判决门限。

中继节点对其可行信源集合中的信源的排序方法。对于中继节点r，按照信源使用该中继节点后所能达到的信源-目的节点间最大信息速率的大小对其可行的信源集合中的信源进行降序排列，最终得到排序后可行的信源集合Γ_r^last。在集合Γ_r^last中，排在前面的信源具有较高的使用该中继节点的优先级。