[發明專利]能量受限協作通信系統中高能效的中繼選擇方法

有效

• 申請號: 201310280218.2
• 申請日: 2013-07-04
• 公開（公告）號: CN103369624A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 高洋;葛建華;高明;張南;付少忠;岳安軍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04W40/22
• 分類號: H04W40/22;H04W52/04;H04B7/04
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于通信領域，涉及一種能量受限協作通信系統的中繼選擇方法，可用于提高多中繼協作通信系統的能量效率。

背景技術

多輸入多輸出MIMO技術能夠充分利用空間資源，在不增加系統帶寬和發送功率的情況下，可以有效地對抗無線信道的衰落，從而提高通信系統的頻譜利用率。然而在一些實際的應用場景，比如蜂窩系統的上行鏈路，無線自組織網絡和無線傳感器網絡，移動終端或者網絡節點受到自身體積，復雜度和功耗的限制，很難直接應用MIMO技術。于是，一種新的空間分集技術-協作分集技術應運而生。它的基本原理是參與協作通信的多個終端或者節點通過組成一種虛擬的MIMO系統來彼此共享鏈路資源從而獲得空間分集增益。協作分集技術突破了傳統MIMO技術對終端設備的限制，為其走向實用化提供了新思路。

最初關于協作分集技術的研究都主要集中在單中繼節點的情形下。隨著研究的深入，采用多中繼節點的協作傳輸方案受到越來越多的關注。這種方案可以大大地增加協作通信的分集增益，從而可以滿足更高的服務質量需求。在多中繼協作通信系統中，源節點和中繼節點按照時分或者頻分的方式來分配正交子信道，而且所有的中繼節點都參與協作傳輸。該方案雖然可以獲得與中繼節點個數成正比的分集增益階數，但同時犧牲了系統的頻譜效率。于是研究人員提出了中繼選擇方案，即根據中繼鏈路的信道質量，每次只選擇一個最佳的中繼節點參與協作傳輸。研究證明，中繼選擇方案在保證分集增益的前提下可以大幅度地提升協作通信的頻譜效率。

目前針對中繼選擇方案的研究大多是考慮如何利用中繼節點的信道狀態信息選擇最佳的中繼節點提升如誤碼率，中斷概率，吞吐量等性能指標，卻很少考慮能量效率的問題。即使有所涉及也只是局限于優化單次協作傳輸的能量消耗，而沒有考慮如何優化整個協作傳輸過程的能量效率。在一些能量受限的應用場景，比如用戶終端充當中繼節點或者中繼節點遠離供電網，中繼節點往往是通過電池供電。對于現有只考慮信道狀態信息的中繼選擇算法，信道條件較好的中繼節點往往被過度使用，導致其電量過早耗盡，造成其它中繼節點的能量資源無法得到充分利用。

發明內容

本發明的目的在于針對上述已有技術的不足，通過聯合考慮中繼節點的信道狀態和能量狀態，提出一種能量受限協作通信系統中高能效的中繼選擇方法，以在保證通信質量的要求下，提高多中繼協作通信系統的能量效率。

為實現上述目的，本發明的技術方案包括如下步驟：

(1)根據網絡規劃的要求，為M個源節點分配K個能量受限的中繼節點，與目的節點D進行協作通信，其中，M個源節點構成集合S={S₁,…S_l,…,S_M}，K個中繼節點構成集合R={R₁,…R_j,…,R_K}，且l=1,2,…M，j=1,2,…K，K≥M；

(2)在所有中繼節點中找出剩余能量最少的一個并將其標記為R^*；

(3)構建協作通信鏈路S_l→R^*→D的生命周期為：