[發明專利]一種延遲約束下的最優單中繼分布式機會信道接入方法

有效

• 申請號: 202011347432.1
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112601266B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 張周;桑瑋;王彤彤;謝佳;許左宏;趙潤森
• 申請（專利權）人: 天津（濱海）人工智能軍民融合創新中心
• 主分類號: H04W40/22
• 分類號: H04W40/22;H04W74/08
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發明公開了一種延遲約束下的最優單中繼分布式機會信道接入方法。該方法為：各信源競爭信道，當只有一個信源時，該信源獲得信道接入機會，否則，所有信源重新開始信道競爭；當信源i競爭成功后，中繼將收到信源i發送的RTS包，計算信源i到中繼的信道質量，隨后中繼向信宿i發送RTS包，信宿i收到后向中繼回復，中繼節點計算中繼到信宿i的信道質量；中繼節點向信源i反饋全部信息，信源i計算最大可傳輸速率并做出決定：選擇接入信道，信源i將選擇能達到最大速率的最優單中繼進行信道接入；否則，信源i放棄信道機會，所有信源重新競爭信道。本發明充分利用了用戶多樣性和時間多樣性，有效的提高了系統吞吐量和頻譜利用率。

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，特別是一種延遲約束下的最優單中繼分布式機會信道接入方法。

背景技術

隨著時代的不斷發展和科學技術的持續革新，現代社會對無線網絡的通信質量要求越來越高，具體表現在信息傳輸的實時性、高效性和可靠性等多個方面，無線網絡對頻譜資源的需求量也因此隨之成倍增加，頻譜資源不足的問題變得日益嚴峻，這將嚴重制約未來無線網絡的發展。為了解決此類問題，最直接有效的方法包括開發新頻譜和提高現有頻譜的利用率。然而受現有技術的制約，開發新頻譜的工作較難開展，所以提高頻譜利用率是當前學術界主要的發展方向。

當前無線網絡中信道接入方法存在兩類設計方案。一種是將媒體訪問控制層和物理層分別獨立設計，即物理層只解決信道衰落問題，媒體訪問控制層只考慮多用戶共享信道時如何避免沖突問題。另一種是將二者聯合設計，即媒體訪問控制層控制器根據物理層中感測到的信道狀態信息動態地調度多個用戶進行信道接入，該跨層設計的信道接入模式稱為機會信道接入。機會信道接入可以使信道總是由信道狀態好的用戶接入，充分利用了時間分集提供的性能增益，目前已經得到了較多的研究。現有研究較多研究了多中繼協助傳輸的方式，需要多中繼之間時間同步，復雜度較高，而本發明只選擇最優的單中繼，具有更高的中繼效率。

在傳統的無線網絡中，標準協議將媒體訪問控制層和物理層分別獨立研究，該方法設計簡單并且層與層之間產生的開銷較低，但是由于媒體訪問控制層不考慮物理層用戶的信道狀態信息，會出現信道狀態不好的用戶以較低的速率長期占用信道的情況，而此時即使有信道狀態好的用戶需要傳輸也只能進入等待狀態，直到信道空閑才能接入信道，然而由于信道狀態隨時間動態變化，該用戶在接入信道時的信道狀態可能較差。因此各層單獨研究難以滿足提升系統吞吐量、提高系統服務質量等設計要求，頻譜利用率也不能得到有效提高。

此外，機會信道接入現有的方法大多只考慮了信道接入的吞吐量性能，沒有基于使用場景進行分析。例如在一些實際場景中，許多視頻應用和語音應用等分別具有不同的延遲要求，甚至有些應用對時延具有極低的容忍度，當用戶超出給定的時延約束時，即使信道狀態良好，再進行信道接入也無任何意義，反而嚴重降低了視頻或語音性能，從而影響整體的服務質量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠滿足不同時延約束，實現最優單中繼動態探測的高效無線分布式協同網絡機會信道接入方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種延遲約束下的最優單中繼分布式機會信道接入方法，該方法步驟為：

步驟1、構建基于多中繼節點的無線分布式協同網絡，定義基本網絡參數，給定信源—信宿通信對的時延約束閾值T_th；

步驟2、信源—信宿通信對以分布方式感知和接入信道；

步驟3、信源i以廣播方式向所有中繼節點發送RTS包；所有中繼節點通過接收RTS數據包內訓練符號序列，估計信源i與中繼節點之間的信道增益f_ij；

步驟4、中繼節點探測第二跳信道質量；所有中繼節點向信宿i發送RTS包，接收到RTS包后，信宿i向所有中繼節點回饋攜帶訓練序列的CTS包，此時每個中繼節點都獲得全部信道信息；