[发明专利]基于同步约束和信道能量准则的协作组合优选方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及协作组合优选方法，可用于多点-多用户协作传输环境下的资源分配，通过协作点/用户组合进行优选，为入网用户实现最优的协作资源分配。

背景技术

多输入多输出MIMO系统可在不牺牲带宽的情况下大幅提高信道容量，提高传输质量。但是在蜂窝移动通信系统中.终端设备由于受到体积、重量、功耗及成本等因素的限制，很难装备多部天线。

Sendonaris等人最早在1998年提出了协作分集的概念，即利用多个具有单根天线的移动台所构成虚拟MIMO信道，获得协作分集增益。系统中的每个移动终端都有一个或多个合作伙伴，合作伙伴之间有责任在传输自己信息的同时.帮助其伙伴传输信息。由于协作分集中的合作伙伴共享彼此的天线，从而构成了虚拟的MIMO多天线系统，从这个意义上讲，协作分集为MIMO多天线技术提供了一条新的可选择的实现途径。

基于协作传输技术的未来无线网络的一个首要问题是如何在多终端网络中分配和管理合作伙伴，即对于一次特定的通信过程如何确定由网络中哪些空闲终端协作完成，以及一次通信中重新分配合作伙伴的频度。根据协作伙伴个数可以将用户协作分为单用户协作和多用户协作，对于单用户协作的情况，只需要根据某种准则选择一个最佳的协作伙伴分配给用户，对于多用户协作的情况，最佳方案应通过自适应的调整合作伙伴集合的成员组成和动态调整合作伙伴集合选择的时间间隔，以实现网络性能指标最优化。

目前文献中合作伙伴选择尚有许多不同的标准，其中包括贪婪算法、机会中继算法、最坏链路优先算法、基于位置信息的选择算法、基于瞬时信道状态的选择算法、基于能量的伙伴选择算法等，例如：

(1)2003年Michde Zorzi等人提出了基于地理位置信息的伙伴选择方法。该方法中假定所有节点都知道自己的位置信息，源节点首先广播一条包含自己和目的节点位置信息的消息，所有活动节点监听到消息后，比较自己与目的节点的距离。离目的节点最近的节点接收数据并转发；然后第一个中继节点转为源节点角色，转发前同样广播一条包含自己位置信息和目的节点信息的消息；如此循环，直到中继到目的节点。这种基于位置信息的选择方法虽然可行，但由于需要知道或者估计所有中继节点和目的节点之间的距离，要求系统有距离或位置估计装置，例如在各个终端安装GPS接收机，因而成本较高。

(2)Hunter T.E.等人又提出了一种新的协作分集方法：基于信道编码的协作分集，并对协作分集的网络结构进行了研究。Hunter等人在中心控制器已知所有信道状态信息的情况下，通过贪婪算法逐个交换合作伙伴，比较整个网络中所有用户的平均中断概率，从而寻求最佳合作伙伴。然而，这是一种局部最优算法，而且由于得不到用户中断概率的闭合表达式，需要通过数值积分的方式求解，计算量大，同时，要对整个网络中所有用户的中断概率求平均，进一步增大了计算量。

(3)机会中继选择算法根据瞬时信道条件从M个备选中继中选出一个最好中继节点，用于在信道变化之前的相干时间内参与源节点和目的节点之间的协作通信。具体说，就是基于瞬时信道信息，每个中继节点计算自己到源节点以及自己到目的节点的信道系数：h_sr和h_rd，以该参数通过两种准则计算出h_i作为选择中继的判断准则，具有最大h_i的中继节点i即被视为最佳中继。然而，该方法需要不断的估计瞬时信道状态信息，带来很大的信令开销，且当多个节点同时竞争最佳中继时会引起冲突，从而导致选择失败，而且随着竞争节点数目的增加失败概率明显提高。

发明内容

本发明的目的是针对上述已有技术的不足，提出了一种基于同步约束和信道能量准则的协作组合优选方法，在保证协作传输技术中协作组合选择的复杂度和成本的情况下，以减小整个网络中断概率性能和增加系统的频谱利用率，为入网用户实现最优的协作资源分配。

本发明的目的是这样实现的：

一、技术原理