基于上下行门限速率非对称性的中继和用户联合选择方法技术

本发明专利技术公开了一种基于上下行门限速率非对称性的中继和用户联合选择方法，主要解决现有的传统最优方法实现复杂度高，网络开销和计算量大的问题。其技术方案包括：给每个中继选择对应的最优用户；基站和每个中继对应的最优用户轮流发送中继选择请求信令给中继，中继接收信令并计算基站信号功率和用户信号功率；每个中继计算度量值,根据所有中继的度量值选取最优中继；将最优中继对应的用户作为整个系统中的最优用户。本发明专利技术考虑了实际应用中上下行门限速率不相等的场景，中继和用户不需要进行信道估计，避免了集中计算端到端接收信噪比，分布式地实现了中继和用户的联合选择，降低了实现复杂度和计算量，减小了网络开销，可用于蜂窝双向中继系统。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，主要解决现有的传统最优方法实现复杂度高，网络开销和计算量大的问题。其技术方案包括：给每个中继选择对应的最优用户；基站和每个中继对应的最优用户轮流发送中继选择请求信令给中继，中继接收信令并计算基站信号功率和用户信号功率；每个中继计算度量值,根据所有中继的度量值选取最优中继；将最优中继对应的用户作为整个系统中的最优用户。本专利技术考虑了实际应用中上下行门限速率不相等的场景，中继和用户不需要进行信道估计，避免了集中计算端到端接收信噪比，分布式地实现了中继和用户的联合选择，降低了实现复杂度和计算量，减小了网络开销，可用于蜂窝双向中继系统。【专利说明】基于上下行口限速率非对称性的中继和用户联合选择方法
本专利技术属于无线通信
，特别设及一种中继和用户的联合选择方法，可用 于蜂窝双向中继系统。 技术背景 双向中继传输是一个极有前途的信息传输技术，在不增加发射功率和带宽的前提 下，它可W有效地改善系统性能，提高传输覆盖范围和频谱效率，被广泛应用于移动网络W 及ad-hoc网络等。AF转发协议由于其实现简单和复杂度低的特性，被广泛地应用在中继节 点上。B.Rankov and A.Wittneben在('Spectral efficient protocols for half-duplex fading relay channels"(IEEE J.Sel. Areas Commun.,vol.25,no .2,pp.379-389, 化b.2007.)中提出了两时隙的双向AF中继传输系统，说明了采用该方案恢复大部分的半双 工传输损失，提高了频谱效率，有效地提高了系统性能。 将双向中继传输应用于蜂窝移动通信系统中，通过提高传输效率、抑制相邻小区 间的干扰和扩大网络覆盖度，可W极大地提升系统的性能。但是实际的蜂窝移动通信系统 中通常存在多个中继和用户，如何从中选出最优的中继节点和用户节点进行信息交互成为 关键问题。E丄i等人在"A source-relay selection scheme in two-way amplify-and-forward relaying networks"(IEEE Commun. Lett.,vol.16,no .10,pp.1564-1567, Oct.2012)中提出了多用户多中继的双向中继通信系统模型，通过在多个中继节点和多个 用户节点选择最优的中继节点和用户节点来得到多用户分集增益和多中继分集增益。G.Bi 等人在('Joint source-relay selection and transmission mode selection in two-way relay networks" (IE 邸 Int.Conf.Commun.Workshops,2014,pp.302-307)中针对存在 直传链路的多用户多中继的双向中继系统，提出了一种中继和用户的联合选择方法，并对 其进行了性能的分析，但上述研究均假设双向中继系统中的所有节点是单天线节点。 众所周知，多天线可W显著提高双向中继系统的频谱效率和传输可靠性，如采用 多天线的MIMO技术，但是运种性能增益的提高会带来由于硬件复杂度增加带来的费用。 S.Yadav等人在('Performance evaluation and optimization for two-way relaying with multi-antenna sources"(IEEE Trans.Veh.Technol.Vol.63,no.6,pp.2982-2989) 中考虑双向中继系统的源节点装有多根天线，采用beamforming方案，对整个系统分析了误 石马性會KoN.Yan邑等人在''Two-way relayin邑 with multi-antenna sources:beamforming and antenna selection"(IEEE Trans .Veh.Technol.,vol.61, no .9,pp.3996-4008, Nov.2012)除了提出了多天线源节点采用beamforming方案，还提出了多天线源节点采用天 线选择方案，在相同的系统场景下从误码率性能方面对两种方案进行比较。 在实际的蜂窝双向中继系统中，基站可装备多根天线，中继和用户由于尺寸和成 本的限制只装备单根天线，上下行口限速率不相等，若采用传统最优的Max-min方法进行中 继和用户的联合选择，需要计算所有潜在链路的端到端接收信噪比，节点较多时计算量大， 而且需要集中式实现，网络开销较大，实现复杂度高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于上下行口限速率非对 称性的中继和用户联合选择方法，W降低系统实现复杂度，减小网络开销和计算量。 为了实现上述目的，本专利技术的技术方案包括如下：[000引 （1)给每个中继化选择对应的最优用户化，4￡{1，...挪，1'￡{1，...，1}，财01分 别为系统的中继数量和用户数量； (2)基站和每个中继化对应的最优用户化'轮流发送中继选择请求信令给中继Rk， 中继Rk接收信令并计算基站信号功率和用户信号功率; (3)设定度量值，其中Oa和Ou均为中间变量，，Pa、Pu和Pr分别为基站、中继和用户的发射 功率，T为用户口限信噪比和基站口限信噪比的比值rA,th和丫 u,th分别为基站和 用户的口限信噪比Ra,化和RiUh分别为基站和用户的口限速 率. (4)每个中继化将步骤(2)得到的基站信号功率和用户信号功率代入度量 值公式计算恥；「mi9l ^ ^^^^^巧最优中继1?1^*:对所有中继的度量值1^取最大值，得到其对应编号 '编号为k*的中继Rk*即为最优中继； (6)将最优中继Rk*对应的用户化'作为整个系统中的最优用户化*。 本专利技术与现有技术相比具有W下优点： 第一，复杂度和能量消耗低 本专利技术由于只需根据接收到的信号功率进行中继和用户的选择，避免了中继和用 户进行信道估计，与传统最优的Max-min方法相比，显著降低了系统的实现复杂度和能量消 耗。 第二，计算量和网络开销小 本专利技术由于采用分布式地实现中继和用户的选择过程，无需对选择结果进行反 馈，本专利技术与传统最优的Max-min方法相比，避免了在基站集中计算所有潜在链路的端到端 接收信噪比，大幅度降低了计算量和网络开销，同时提高了选择结果的实时性。【附图说明】 图1是本专利技术使用的蜂窝双向中继系统模型图； 图2是本专利技术的实施流程图； 图3是使用本专利技术方法和传统最优方法的系统中断性能对比图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】和效果作进一步描述。 参照图1，本专利技术应用的蜂窝双向中继系统，包括含一个基站节点A，N个中继节点 和M个用户节点。基站节点装有S根天线，中继节点和用户节点由于尺寸和成本的限制仅装 有单根天线。所有节点同步至相同的时钟，均W半双工方式工作，且中继节点采用放大转发 协议。经过中继和用户的联合选择，基站A和被选择的用户通过被选择的中继进行两时隙的 双向中继放大转发传输信息。 参照图2,本专利技术根据图1的蜂窝双向中继系统进行中继和用户联合选择的实现步 骤如下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于上下行门限速率非对称性的中继和用户联合选择方法，包括：(1)给每个中继Rk选择对应的最优用户Ul'，k∈{1,...,N}，l'∈{1,...,M}，N和M分别为系统的中继数量和用户数量；(2)基站和每个中继Rk对应的最优用户Ul'轮流发送中继选择请求信令给中继Rk，中继Rk接收信令并计算基站信号功率和用户信号功率(3)设定度量值其中ΦA和ΦU均为中间变量，PA、PU和PR分别为基站、中继和用户的发射功率，τ为用户门限信噪比和基站门限信噪比的比值，γA,th和γU,th分别为基站和用户的门限信噪比，RA,th和RU,th分别为基站和用户的门限速率；(4)每个中继Rk将步骤(2)得到的基站信号功率和用户信号功率代入度量值公式计算ψk；(5)选取最优中继Rk*：对所有中继的度量值ψk取最大值，得到其对应编号编号为k*的中继Rk*即为最优中继；(6)将最优中继Rk*对应的用户Ul'作为整个系统中的最优用户Ul*。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李靖，郑宇，葛建华，王勇，宫丰奎，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61