[發(fā)明專利]一種基于吞吐量預(yù)測的整體優(yōu)化中繼節(jié)點(diǎn)選擇方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510021022.0
• 申請(qǐng)日: 2015-01-14
• 公開（公告）號(hào): CN104618934B
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曲樺;趙季紅;宋亞蘭;閆飛宇;徐西光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W24/02
• 分類號(hào): H04W24/02;H04W24/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司61200
• 代理人: 陸萬壽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信領(lǐng)域，涉及一種為多跳蜂窩通信系統(tǒng)有效選擇中繼節(jié)點(diǎn)的策略，特別涉及一種基于吞吐量預(yù)測的整體優(yōu)化中繼節(jié)點(diǎn)選擇方法。

背景技術(shù)

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)的不斷演進(jìn)，越來越多的新型業(yè)務(wù)對(duì)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能提出了新的要求。尤其是在密集城區(qū)、城市盲點(diǎn)、室內(nèi)環(huán)境、高速鐵路、鄉(xiāng)村等環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)的覆蓋性能往往受到限制，處于網(wǎng)絡(luò)邊緣的用戶通信質(zhì)量很難得到保證。如何在這些特定的場景下增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，以滿足新型業(yè)務(wù)的要求，成為一個(gè)亟待解決的問題。多跳蜂窩網(wǎng)絡(luò)(Multiple-hops Cellular Networks，簡稱MCNS)作為一種有效提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能、節(jié)省能耗的方式近年來越來越受到關(guān)注。在多跳蜂窩網(wǎng)絡(luò)中信道質(zhì)量較好的用戶直接與基站進(jìn)行通信，信道質(zhì)量差的用戶可以通過其通信范圍內(nèi)質(zhì)量較好的用戶與基站進(jìn)行間接通信。基站(Base Station，簡稱BS)和中繼節(jié)點(diǎn)(Relay Node，簡稱RN)之間的鏈路被稱為回程鏈路(Backhaul Link，簡稱BL)，RN和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)(Mobile Node，簡稱MN)之間的鏈路被稱為接入鏈路(Access Link，簡稱AL)。兩條鏈路既可以采用相同頻帶資源進(jìn)行半雙工方式的通信，也可以采用不同頻帶資源進(jìn)行全雙工方式通信。

通過多跳鏈路的方式，可以在保證用戶QoS的前提下節(jié)省能耗，提升邊緣用戶吞吐量，進(jìn)而增強(qiáng)小區(qū)覆蓋性能。中繼節(jié)點(diǎn)選擇技術(shù)是多跳蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的關(guān)鍵，直接影響著系統(tǒng)吞吐量、頻譜利用率以及系統(tǒng)能耗。

傳統(tǒng)方法中，中繼節(jié)點(diǎn)的選擇多是基于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)(即移動(dòng)用戶)到基站以及移動(dòng)節(jié)點(diǎn)到備選中繼節(jié)點(diǎn)之間信干噪比(SINR)進(jìn)行選擇。比較常見的有以下兩種：

方法一：

信道質(zhì)量差的MN選擇通信范圍內(nèi)到基站信干噪比最大的空閑用戶作為中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。即僅考慮回程鏈路BL的通信質(zhì)量。滿足如下規(guī)則：

P_RN＝max{SINR_BL}

該方法具有信令開銷小，便于操作的優(yōu)勢，但是忽略了接入鏈路通信質(zhì)量對(duì)信息傳輸速率的影響，并不能夠有效提升通信速度；

方法二：

該方法是傳統(tǒng)中繼選擇算法中比較經(jīng)典的一種算法，又叫機(jī)會(huì)中繼(Opportunistic Relaying，簡稱OR)算法。在多跳蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，用戶信息傳輸速率等于多跳鏈路中速率最小的那條鏈路，即通信的瓶頸鏈路，因此在選擇中繼節(jié)點(diǎn)時(shí)要綜合考慮兩條鏈路的通信質(zhì)量，選擇兩條鏈路通信質(zhì)量最接近的中繼節(jié)點(diǎn)作為最優(yōu)中繼。滿足如下規(guī)則：

規(guī)則(1)：

規(guī)則(1)是對(duì)H(i)＝min{sinr_al(i),sinr_bl(i)}的平滑處理；

規(guī)則(2)：P_RN＝max{H(i)}

其中，sinr_al(i)為兩跳用戶對(duì)應(yīng)的第i個(gè)備選中繼節(jié)點(diǎn)所在接入鏈路的信干噪比；sinr_bl(i)為第i個(gè)備選中繼節(jié)點(diǎn)所在回程鏈路的信干噪比。

該方法考慮了回程鏈路與接入鏈路的通信質(zhì)量，能夠選出所有用戶對(duì)應(yīng)瓶頸鏈路通信質(zhì)量最好的用戶作為中繼，能夠提升通信速度。但是，該方法僅從鏈路質(zhì)量出發(fā)，雖然考慮了鏈路的“瓶頸效應(yīng)”，只能被動(dòng)選擇鏈路質(zhì)量較好用戶，并不能避免“瓶頸效應(yīng)”造成的資源浪費(fèi)，因此對(duì)通信質(zhì)量的提升相當(dāng)有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于吞吐量預(yù)測的整體優(yōu)化中繼節(jié)點(diǎn)選擇方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案。

該中繼節(jié)點(diǎn)選擇方法包括以下步驟：

1)在小區(qū)內(nèi)部，基站根據(jù)下行路徑傳播損耗值將用戶區(qū)分為一跳用戶和兩跳用戶，由基站根據(jù)一跳用戶和兩跳用戶各自所占的比例對(duì)一跳用戶和兩跳用戶整體的資源進(jìn)行初始分配；

2)經(jīng)過步驟1)后，兩跳用戶通過向周圍一跳用戶發(fā)送參考信號(hào)探測通信范圍內(nèi)的空閑用戶，并將探測到的所有空閑用戶作為備選中繼節(jié)點(diǎn)，所有備選中繼節(jié)點(diǎn)向基站上報(bào)所在接入鏈路以及回程鏈路的鏈路質(zhì)量信息；

3)基站根據(jù)所述鏈路質(zhì)量信息以及每個(gè)兩跳用戶所要分配的資源計(jì)算所述接入鏈路與回程鏈路的吞吐量預(yù)測值及所述接入鏈路與回程鏈路各自所分配的資源；

4)利用匈牙利算法計(jì)算使所有兩跳用戶吞吐量之和最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的中繼節(jié)點(diǎn)分配方案。

當(dāng)基站接收到來自用戶的資源請(qǐng)求后，基站向所述用戶發(fā)送參考信號(hào)，然后基站根據(jù)下式計(jì)算所述用戶的下行路徑傳播損耗值L：

L＝58.83+37.6lgD+21lgf