协同通信系统中基于构造函数的中继选择方法技术方案

本发明专利技术公开了一种协同通信系统中基于构造函数的中继选择方法，包括：构造四个状态函数，即高信噪比状态函数、低信噪比状态函数、高负荷状态函数和低负荷状态函数；计算潜在中继节点i的VHL、VHH、VLH、VLL值，当潜在中继节点i的VHL值大于VHH、VLH、VLL三者中的最大值时，将潜在中继节点i选入候选中继节点集；根据中继节点需求数目按照各候选中继节点的VHL值从大到小依次选取一个或一个以上的候选中继节点作为中继节点；当候选中继节点的VHL值相等时，优先选取最低负荷的候选中继节点作为中继节点；当候选中继节点的VHL值相等且负荷也相等时，则优先选取中继链路信噪比最大的候选中继节点为中继节点。本发明专利技术同时考虑了中继链路信噪比和中继节点负荷，因此能够克服现有网络中继负荷不平衡的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
协同通信系统中基于构造函数的中继选择方法
本专利技术涉及移动通信
，具体涉及一种协同通信系统中基于构造函数的中继选择方法。
技术介绍
在协同通信网络中，往往存在多个潜在的中继节点，如何合理、有效地从这些潜在中继节点中选择中继或协同节点，显得十分重要。在协同通信网络中继选择技术的研究中，人们把大量的精力用于研究如何选择中继来提高信道容量、减小端到端传输时延、降低数据传输能耗和接收误比特率；但是对于中继节点负荷的平衡问题关注很少，因此当前获得的研究成果往往存在以下问题：(1)现有研究一般选择信道条件良好的中继链路参与协同通信，因此信道条件良好的中继链路被选择的频率更高，当中继节点为用户设备时，信道条件良好的用户设备消耗的能量非常快，对于电池供电的用户设备来说是难以承受的，而且用户本身从协同中却不能获得收益，严重损害了用户体验。(2)中继负荷不平衡将导致高负荷节点的呼叫阻塞概率或者数据端到端时延增大，增大了系统资源调度的难度和系统复杂度。(3)在传统的蜂窝网络中，有效的移动台关联和负荷平衡对于获得高的系统容量至关重要，在协同通信网络中也是如此，中继负荷不平衡将对获得高的系统容量带来不利影响。为了直观说明，对一种常用的中继选择方法即最佳中继选择方法进行了仿真，该方法从潜在中继节点中选择具有最大链路信噪比的中继，但是却引入了中继负荷不平衡。我们建立了一个由源节点、5个中继节点、目的节点构成的协同通信系统基本模型，源节点到中继节点链路的平均信噪比分10dB、15dB、18dB、20dB、25dB，中继节点到目的节点链路的平均信噪比与源节点到该中继节点链路的平均信噪比相同，通过仿真得到最佳中继选择方法下协同通信系统各中继节点的平均负荷、呼叫阻塞率如图1、图2所示。从图1可以看出，在最佳中继选择方法下，对于某个呼叫达到率，协同通信系统中继节点的平均负荷是非常不平衡的，链路平均信噪比高的中继节点的平均负荷总是明显高于链路平均信噪比低的中继节点；从图2可以看出，在最佳中继选择方法下，对于某个呼叫到达率，链路平均信噪比高的中继节点的呼叫阻塞率也明显高于链路平均信噪比低的中继节点，中继5的呼叫阻塞率高达50％以上，而链路平均信噪比最低的中继节点的呼叫阻塞率在5％以下，差距非常大。
技术实现思路
为了平衡中继节点负荷，本专利技术同时考虑了中继链路信噪比γi或中继链路平均信噪比潜在中继节点的负荷ηi或潜在中继节点的平均负荷因此本专利技术能够克服上述现有技术中的缺陷。一种协同通信系统中基于构造函数的中继选择方法，包括：构造四个状态函数，即高信噪比状态函数、低信噪比状态函数、高负荷状态函数和低负荷状态函数；计算潜在中继节点i的VHL、VHH、VLH、VLL值，当潜在中继节点i的VHL值大于VHH、VLH、VLL三者中的最大值时，将潜在中继节点i选入候选中继节点集；根据中继节点需求数目按照各候选中继节点的VHL值从大到小依次选取一个或一个以上的候选中继节点作为中继节点；当候选中继节点的VHL值相等时，优先选取最低负荷的候选中继节点作为中继节点；当候选中继节点的VHL值相等且负荷也相等时，则优先选取中继链路信噪比最大的候选中继节点为中继节点。所述方法还包括：当候选中继节点集为空集或者所选中继节点数目未达到需求数目时，执行以下步骤：(1)令step＝β/MAX_NUM，计算Α[j]＝β-j*step，其中j＝1,2,…MAX_NUM，得到A[1]、A[2]、…、A[MAX_NUM]；设置j的初始值为1；(2)令β＝Α[j]，计算未被选入候选中继节点集的余下潜在中继节点i的VHL、VHH、VLH、VLL；当余下潜在中继节点i的VHL值大于VHH、VLH、VLL三者中的最大值时，将余下潜在中继节点i选入候选中继节点集；再根据中继节点需求数目按照各候选中继节点的VHL值从大到小依次选取一个或一个以上的候选中继节点作为中继节点；当候选中继节点的VHL值相等时，优先选取最低负荷的候选中继节点作为中继节点；当候选中继节点的VHL值相等且负荷也相等时，则优先选取中继链路信噪比最大的候选中继节点为中继节点；(3)当候选中继节点集为空集且j＜MAX_NUM或者所选中继节点数目未达到需求数目且j＜MAX_NUM时，令j＝j+1，转回上一步骤。附图说明图1描述了利用最佳中继选择方法时协同通信系统各中继节点的平均负荷。图2描述了利用最佳中继选择方法时协同通信系统各中继节点的呼叫阻塞率。图3描述了利用本专利技术提供的方法时协同通信系统各中继节点的平均负荷。图4描述了利用本专利技术提供的方法时协同通信系统各中继节点的呼叫阻塞率。具体实施方式在实际系统中，可以用潜在中继节点被占用信道数目与该节点总信道数目之比、或潜在中继节点当前发射功率与该节点最大发射功率之比、或潜在中继节点已占用的物理资源块数量与该节点总物理资源块数量之比、或当前频谱利用率与可达频谱利用率之比等技术指标来衡量潜在中继节点的负荷ηi，i＝1,2，…Nd，Nd为潜在中继节点数目。本专利技术构造了四个状态函数，即高信噪比状态函数、低信噪比状态函数、高负荷状态函数和低负荷状态函数；四个状态函数的具体表达式分为两类。(1)第一类状态函数：高信噪比状态函数：低信噪比状态函数高负荷状态函数低负荷状态函数其中，x为以dB为单位的变量，y为大于或等于0的实数，ρ为实数且0≤ρ≤1，α为大于0的实数，β为大于或等于0的实数，为大于零的实数。(2)第二类状态函数：高信噪比状态函数：低信噪比状态函数高负荷状态函数低负荷状态函数其中，x为大于0的实数，y为大于或等于0的实数，q为大于0的正整数，α为大于0的实数，β为大于或等于0的实数，G(x)、U(y)是斜率修正函数且0≤G(x)≤1、0≤U(y)≤1。对于以上两类状态函数，可以优选α＝ln(2G(γT))/γT、β＝ln(2U(ΦT))/ΦT，其中G(γT)≠0.5，γT为中断门限，当中继链路信噪比小于中断门限γT时通信将发生中断，ΦT为绝对低负荷门限，表示处于ΦT以下的节点负荷为工程上普遍认同的低负荷状态。令：其中，γi为源节点到潜在中继节点i之间的链路信噪比γ1i、潜在中继节点i到目的节点之间的链路信噪比γ2i中的较小值，即γi取γ1i、γ2i中的相对小值。本专利技术步骤如下：(1)对于潜在中继节点i，i＝1,2，…Nd，Nd为潜在中继节点数目，潜在中继节点指的是在目的节点处能够接收到来自该节点信号的具备中继能力的节点。潜在中继节点i测量计算源节点到潜在中继节点i之间的链路信噪比γ1i以及潜在中继节点i的负荷ηi并向目的节点报告结果；(2)目的节点测量计算潜在中继节点i到目的节点之间的链路信噪比γ2i，得到γi的值，即γ1i、γ2i中相对小的值；(3)选取状态函数类型及高信噪比状态函数、低信噪比状态函数、高负荷状态函数和低负荷状态函数的表达式。(4)计算潜在中继节点i的VHL、VHH、VLH、VLL；当潜在中继节点i的VHL值大于VHH、VLH、VLL三者中的最大值时，将潜在中继节点i选入候选中继节点集；(5)当候选中继节点集为非空集时，根据中继节点需求数目按照各候选中继节点VHL值从大到小依次选取一个或一个以上的候选中继节点作为中继节点；当需要从VHL值相等的候选中继节点中选取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种协同通信系统中基于构造函数的中继选择方法，包括： 构造四个状态函数，即高信噪比状态函数、低信噪比状态函数、高负荷状态函数和低负荷状态函数； 计算潜在中继节点i的VHL、VHH、VLH、VLL值，当潜在中继节点i的VHL值大于VHH、VLH、VLL三者中的最大值时，将潜在中继节点i选入候选中继节点集； 根据中继节点需求数目按照各候选中继节点的VHL值从大到小依次选取一个或一个以上的候选中继节点作为中继节点； 当候选中继节点的VHL值相等时，优先选取最低负荷的候选中继节点作为中继节点；当候选中继节点的VHL值相等且负荷也相等时，则优先选取中继链路信噪比最大的候选中继节点为中继节点。

【技术特征摘要】
1.一种协同通信系统中基于构造函数的中继选择方法，包括：(1)构造四个状态函数，即高信噪比状态函数、低信噪比状态函数、高负荷状态函数和低负荷状态函数；其中：高信噪比状态函数表达式为：低信噪比状态函数表达式为：高负荷状态函数表达式为：低负荷状态函数表达式为：x为大于0的实数；y为大于或等于0的实数；ρ为实数且0≤ρ≤1；α为大于0的实数；β为大于或等于0的实数；为大于零的实数；(2)计算潜在中继节点i的VHL、VHH、VLH、VLL值，当潜在中继节点i的VHL值大于VHH、VLH、VLL三者中的最大值时，将潜在中继节点i选入候选中继节点集；其中：γi为源节点到潜在中继节点i之间的链路信噪比γ1i、潜在中继节点i到目的节点之间的链路信噪比γ2i中的较小值，即γi取γ1i、γ2i中的相对小值；ηi为潜在中继节点i的负荷；i＝1,2，…Nd，Nd为潜在中继节点数目；(3)根据中继节点需求数目按照各候选中继节点的VHL值从大到小依次选取一个或一个以上的候选中继节点作为中继节点；(4)当候选中继节点的VHL值相等时，选取最低负荷的候选中继节点作为中继节点；当候选中继节点的VHL值相等且负荷也相等时，则选取中继链路信噪比最大的候选中继节点为中继节点。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：当候选中继节点集为空集或者所选中继节点数目未达到需求数目时，执行以下步骤：(1)令step＝β/MAX_NUM，计算A[j]＝β-j*step，其中j＝1,2,…MAX_NUM，得到A[1]、A[2]、…、A[MAX_NUM]；设置j的初始值为1；(2)令β＝A[j]，计算未被选入候选中继节点集的余下潜在中继节点i的VHL、VHH、VLH、VLL；当余下潜在中继节点i的VHL值大于VHH、VLH、VLL三者中的最大值时，将余下潜在中继节点i选入候选中继节点集；再根据中继节点需求数目按照各候选中继节点的VHL值从大到小依次选取一个或一个以上的候选中继节点作为中继节点；当候选中继节点的VHL值相等时，选取最低负荷的候选中继节点作为中继节点；当候选中继节点的VHL值相等且负荷也相等时，则选取中继链路信噪比最大的候选中继节点为中继节点；(3)当候选中继节点集为空集且j＜MAX_NUM或者所选中继节点数目未达到需求数目且j＜MAX_NUM时，令j＝j+1，转回上一步骤。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述VHL、VHH、VLH、VLL的数学表达式分别为：

【专利技术属性】
技术研发人员：肖琨，覃彩玲，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：发明
国别省市：广西;45