一種基于瑞利衰落信道的聯合決策中繼選擇方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及移動通信技術領域，具體涉及一種基于瑞利衰落信道的聯合決策中繼 選擇方法。
【背景技術】
[0002] 在蜂窩移動網絡中，通過在接收端和發射端放置多天線的點對點鏈路，可以獲得 空間分集來提高數據的傳輸速率，并且不會造成帶寬和功率的浪費，但是在應用中受到各 種現實因素的限制，在實際系統中并不一定適用。在協作通信中，利用網內多個用戶天線組 成分布式系統，形成虛擬MIM0效應。
[0003] 中繼選擇是協作通信的關鍵技術，中繼選擇的原則應該是多樣的，取決于系統需 要。已有的中繼選擇方法大多考慮單一的原則，例如選擇高信噪比的中繼鏈路參與協作通 信，因此高信噪比中繼鏈路被選擇的頻率更高，但是這樣會帶來一些實際問題，如網絡負荷 的不平衡，眾所周知負荷失衡將對系統整體性能帶來不利影響。因此，在中繼選擇方法設計 中考慮多種原則是必要的，如公平性原則、中斷性能最優原則等。不同的原則解決網絡關心 的不同問題，例如公平性原則有助于解決電池供電的高信噪比用戶設備在現有中繼選擇方 法中存在的能量快速消耗問題，從而提高用戶體驗滿意度。
【發明內容】
[0004] 基于以上考慮，本發明提供一種基于瑞利衰落信道的聯合決策中繼選擇方法，通 過將歸一化信噪比和中繼節點負荷分別乘以不同的權重，形成中繼選擇的綜合判決依據， 其中，權重大小通過優化系統的不同性能指標確定。
[0005] 本發明在中繼選擇過程中能考慮多種影響系統性能的因素，通過賦予不同因素以 不同的權重，提供由多種因素共同決策的中繼選擇方法；同時獲得一種能根據系統需求調 整中繼選擇原則的中繼選擇方法，從而具有廣泛的適用性。
[0006] -種基于瑞利衰落信道的聯合決策中繼選擇方法，所述方法包括：
[0007] (1)定義：?為能正確譯碼來自源節點的數據且到目的節點鏈路信噪比大于集合 門限h d，t^Nd個中繼節點的集合，i是中繼節點序號，i e ?沖繼節點i到用戶y鏈 路上的信噪比為YUil，此處用戶y即為目的節點；中繼節點i到用戶y鏈路上的歸一化信 噪比;0為信噪比歸一化因子。
[0008] (2)計算_.的值，Hi為中繼節點i的負荷， niG [0，l]，a 為權重因子，a G [0，1]。
[0009] (3)選取Ai中最大值對應的中繼節點作為協作中繼節點。
【具體實施方式】
[0010] 采用瑞利衰落信道，用戶y選擇中繼節點：
[0011]
.⑴
[0012] 進行數據轉發，?為能正確譯碼來自源節點數據且到目的節點鏈路信噪比大于集 合門限丫4&的\個中繼節點的集合，運算符
表示獲取當i分別為集合?中的 每一元素時Yi中的最大值對應的i的運算。中繼節點i到用戶ii鏈路上的歸一化信噪比
為中繼節點i到用戶y鏈路上的信噪比，0為信噪比歸一化因子，a 為權重因子，a G [0, 1]。中繼節點i的負荷
n# [0, l]，pq l為中繼節點i 所服務的第q個用戶的發射功率，PMAXi i為中繼節點i的最大發射功率，這里取PmaXi i = P MAX， 隊為中繼節點i當前所服務的用戶數。
[0013] 在本發明中，a和0的確定可以根據不同應用場景以及不同的確定方法確定。本 發明提供以下兩種場景下a和0的優選確定方法：
[0014](一）保障中斷性能的前提下平衡中繼節點負荷的場景
[0015] 在該場景中，本發明方法致力于在保障系統的中斷性能的同時，平衡中繼節點負 荷以獲取系統的負荷平衡。a和0的確定有以下四種方法：
[0016] 方法⑴：根據中心極限定理，假設中繼節點i的負荷n通似服從 均值為y i，均方差為〇 i的正態分布。此時，首先確定信噪比中間值y UiQ.5， yu,a5的值可以根據工程經驗獲得，令〇.5 = e PYU'a5計算得到e值；或者由
計算得到，其中ydB、〇dB分別為服 從的對數正態分布的均值和均方差。然后在滿足，的條件下最小化中繼節點i的 被選擇概率的均方差丨i來確定a值，1\>為系統中斷性能門限，、尸^的表達 式分別如下所示：
[0021] 式中的"屈
確定。v 1= l-(l-a ) y ^ 和分別為中繼節點i到用戶y鏈路和中繼節點j到用戶y鏈路 上的平均信噪比。
[0022] 方法（2):考慮最優功率分配。此時，首先確定信噪比中間值YUla5， ha 5的值可以根據工程經驗獲得，令〇.5 = e PYU'a5計算得到P值；或者由
計算得到，其中ydB、〇如分別為^"服 從的對數正態分布的均值和均方差。然后在滿足系統的平均中斷概率^ 的條件下 最小化中繼節點i的平均被選擇概率的均方差來確定a值，、$的表達式 分別如下所示：
[0032]
[0039]隊為中繼節點i當前服務的用戶數，^為中繼節點i到中繼節點i的用戶 1 之間鏈路的平均信噪比； f(Xl, ???')為Xl，…xn的聯合概率密度函數，此處x工，…'相互獨立，都月艮從對 數正態分布。1 = 1，…，N1;i G 0，j G 0 ;c為歐拉常數，P MAX為中繼節點的最 大發射功率，歹為平均功率限制；;為中繼節點i的用戶1的中斷門限，可以由
求得；冪次組合(/V…,/^^v/n丨,…, ?w7v；スV??,h)eS/, 51為
成立時的冪次組合^....?.、.,/^.,/?、,/1-|,一,/；:\)的集合，冪次均為0或1;
表示將s i中每一種組合對應的函數 A、-f)的值進行累加；知…,g,、~，朽,均為大于或等 于〇的整數。
[0040] 方法（3):同時確定在滿足#4r;A的條件下最小化中繼節點i的被選擇概率 ^^的均方差oil時的a和0值。
[0041] 方法⑷：同時確定在滿足；# STa>A的條件下最小化中繼節點i的平均被選擇概 率$的均方差時的a和0值。
[0042](二）保障負荷平衡的前提下提高中斷性能的場景
[0043] 在該場景中，本發明方法致力于保障系統的負荷平衡，同時盡可能提高系統的中 斷性能。a和0的確定有以下四種方法：
[0044] 方法⑴：根據中心極限定理，假設中繼節點i的負荷q通似服從 均值為y i，均方差為〇 i的正態分布。此時，首先確定信噪比中間值y UiQ.5， yu,a5的值可以根據工程經驗獲得，令〇.5 = e PYU'a5計算得到e值；或者由
計算得到，其中ydB、〇dB分別為5服 從的對數正態分布的均值和均方差。然后在滿足的條件下最小化系統的中斷概 率if1來確定a值，〇th為負荷平衡門限。
[0045]方法（ii):考慮最優功率分配。此時，首先確定信噪比中間值YUiQ.5， ha5的值可以根據工程經驗獲得，令〇.5 = e PYU'a5計算得到P值；或者由
汁算得到，其中ydB、〇dB分別為^服 從的對數正態分布的均值和均方差。然后在滿足的條件下最小化系統的平均中 斷概率「來確定a值。
[0046] 方法（iii):同時確定在滿足S %的條件下最小化系統的中斷概率#時的 a和0值。
[0047] 方法（iv):同時確定在滿足〇= 的條件下最小化系統的平均