[发明专利]一种基于吞吐量预测的整体优化中继节点选择方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及一种为多跳蜂窝通信系统有效选择中继节点的策略，特别涉及一种基于吞吐量预测的整体优化中继节点选择方法。

背景技术

随着无线通信技术的发展和网络的不断演进，越来越多的新型业务对蜂窝网络的覆盖性能提出了新的要求。尤其是在密集城区、城市盲点、室内环境、高速铁路、乡村等环境中，网络的覆盖性能往往受到限制，处于网络边缘的用户通信质量很难得到保证。如何在这些特定的场景下增强网络覆盖，以满足新型业务的要求，成为一个亟待解决的问题。多跳蜂窝网络(Multiple-hops Cellular Networks，简称MCNS)作为一种有效提升网络覆盖性能、节省能耗的方式近年来越来越受到关注。在多跳蜂窝网络中信道质量较好的用户直接与基站进行通信，信道质量差的用户可以通过其通信范围内质量较好的用户与基站进行间接通信。基站(Base Station，简称BS)和中继节点(Relay Node，简称RN)之间的链路被称为回程链路(Backhaul Link，简称BL)，RN和移动节点(Mobile Node，简称MN)之间的链路被称为接入链路(Access Link，简称AL)。两条链路既可以采用相同频带资源进行半双工方式的通信，也可以采用不同频带资源进行全双工方式通信。

通过多跳链路的方式，可以在保证用户QoS的前提下节省能耗，提升边缘用户吞吐量，进而增强小区覆盖性能。中继节点选择技术是多跳蜂窝网络技术的关键，直接影响着系统吞吐量、频谱利用率以及系统能耗。

传统方法中，中继节点的选择多是基于移动节点(即移动用户)到基站以及移动节点到备选中继节点之间信干噪比(SINR)进行选择。比较常见的有以下两种：

方法一：

信道质量差的MN选择通信范围内到基站信干噪比最大的空闲用户作为中继节点进行通信。即仅考虑回程链路BL的通信质量。满足如下规则：

P_RN＝max{SINR_BL}

该方法具有信令开销小，便于操作的优势，但是忽略了接入链路通信质量对信息传输速率的影响，并不能够有效提升通信速度；

方法二：

该方法是传统中继选择算法中比较经典的一种算法，又叫机会中继(Opportunistic Relaying，简称OR)算法。在多跳蜂窝网络中，用户信息传输速率等于多跳链路中速率最小的那条链路，即通信的瓶颈链路，因此在选择中继节点时要综合考虑两条链路的通信质量，选择两条链路通信质量最接近的中继节点作为最优中继。满足如下规则：

规则(1)：

规则(1)是对H(i)＝min{sinr_al(i),sinr_bl(i)}的平滑处理；

规则(2)：P_RN＝max{H(i)}

其中，sinr_al(i)为两跳用户对应的第i个备选中继节点所在接入链路的信干噪比；sinr_bl(i)为第i个备选中继节点所在回程链路的信干噪比。

该方法考虑了回程链路与接入链路的通信质量，能够选出所有用户对应瓶颈链路通信质量最好的用户作为中继，能够提升通信速度。但是，该方法仅从链路质量出发，虽然考虑了链路的“瓶颈效应”，只能被动选择链路质量较好用户，并不能避免“瓶颈效应”造成的资源浪费，因此对通信质量的提升相当有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于吞吐量预测的整体优化中继节点选择方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。

该中继节点选择方法包括以下步骤：

1)在小区内部，基站根据下行路径传播损耗值将用户区分为一跳用户和两跳用户，由基站根据一跳用户和两跳用户各自所占的比例对一跳用户和两跳用户整体的资源进行初始分配；

2)经过步骤1)后，两跳用户通过向周围一跳用户发送参考信号探测通信范围内的空闲用户，并将探测到的所有空闲用户作为备选中继节点，所有备选中继节点向基站上报所在接入链路以及回程链路的链路质量信息；

3)基站根据所述链路质量信息以及每个两跳用户所要分配的资源计算所述接入链路与回程链路的吞吐量预测值及所述接入链路与回程链路各自所分配的资源；

4)利用匈牙利算法计算使所有两跳用户吞吐量之和最大时所对应的中继节点分配方案。

当基站接收到来自用户的资源请求后，基站向所述用户发送参考信号，然后基站根据下式计算所述用户的下行路径传播损耗值L：

L＝58.83+37.6lgD+21lgf