本发明专利技术公开了一种机会同频全双工/双向中继的联合最优时间/功率资源分配方法；包括以下步骤：1)估计信道参数并计算可达速率；2)最优时间资源分配；3)最优中继功率分配；4)信源间进行数据信息传输。本发明专利技术能够确保在不降低同频全双工中继频谱效率的条件下，提升了系统在残余自干扰、链路及用户业务需求非对称场景下中继系统的中断概率性能。本发明专利技术具有资源利用率高、实现复杂度低等特点，能够很好的应用于无线中继网络场景中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线通信
的全双工中继和双向中继技术，为一种机会同频全双工/双向中继，尤其涉及一种机会同频全双工/双向中继的联合最优时间/功率资源分配方法。
技术介绍
全双工通信技术能够同时同频发送和接收信号，是一种潜在的提高无线通信频谱效率的方法。“HyungsikJu；EunsungOh；DaesikHong,\Catchingresource-devouringwormsinnext-generationwirelessrelaysystems:two-wayrelayandfull-duplexrelay,\IEEECommun.Mag.,vol.47,no.9,pp.58-65,Sept.2009”。全双工中继和双向中继作为解决频谱效率损失问题的潜在技术得到了学术界的广泛关注。然而，全双工中继会引入很强的自干扰，这也成为全双工技术在实际应用中面临的主要挑战。目前，仅利用现有的自干扰抑制技术(如模拟自干扰抑制、数字自干扰抑制、空间自干扰抑制)，自干扰很难得到理想消除“M.Jain；J.Choi；T.Kim；D.Bharadia,S.Seth；K.Srinivasan；P.Levis；S.Katti；P.Sinha,\Practical,real-time,fullduplexwireless,\inProc.2011ACMMobiCom”。双向中继技术通过将多路数据流合并，同样能够提升中继系统频谱效率，获得空间分集增益。各种无线标准都应用了中继网络，比如蜂窝网、adhoc等。但是由于无线信道的多接入特性,双向中继网络也面临许多挑战，比如有效的信道资源分配、频谱效率、对中继两侧信道和数据速率的对称性有很高要求。“Y.Xu；X.Xia,K.Xu；D.Zhang,\Onthehybridrelayingprotocolfortimedivisionbroadcasting,\IEEETransactionsonEmergingTelecommunicationsTechnologies,vol.26,no.5,pp.893-904,Nov.2015”。为了进一步提升中继系统性能，现有的全双工中继和双向中继传输策略的研究以及专利成果如下：1、2011年，T.Riihonen等人提出了一种混合的全双工/半双工中继策略。根据实时信道状态来选择全双工中继模式或者半双工中继模式，并到达提升了系统的频谱效率的目的。2、2012年，J.N.Lanema等人首次提出了半双工中继的选择解码转发(selectivedecode-and-forward,SDF)策略，其主要思路是：只要信源-中继链路不中断，中继就采用协同传输转发信源信息；反之，则采用直达链路直接传输。2013年，M.Khafagy等人研究了SDF策略在全双工中继场景下的中断概率性能。3、2013年，H.Liu,V.Jamali等人研究了基于DF的中继端带有缓存器的双向中继网络,中继转换不同的工作模式来最大化系统吞吐量。4、桂林电子科技大学提出一种认知中继网络的半双工/全双工混合传输方法，所述方法包括：当全双工自我干扰的功率低于阈值时，采用全双工传输，否则采用半双工传输；半双工传输时，一个中继传输帧分成两个相等的时隙；全双工传输时，每个中继传输帧不划分时隙。本方法根据自我干扰的功率在半双工传输和全双工传输之间切换，从而利用全双工的吞吐量优势又弱化自我干扰对吞吐量性能的不利影响，适用于异构网络。5、上海交通大学提出一种非对称速率下全双工双向中继系统功率优化方法，包括：步骤1：建立全双工双向中继通信系统，初始化功率分配因子；步骤2：测量各个节点的状态信息，所述状态信息包括：各个节点接收和发送的功率、各个节点的自干扰信息以及各个节点相互交换数据时的信道系数；步骤3：根据各个节点的状态信息以及功率分配因子的值判别所述功率分配因子是否需要调整，并按照判别结果调整功率分配因子的值，直到所述全双工双向中继通信系统的总速率和最大；步骤4：按照总速率和最大时的功率分配方案分配功率资源。本专利技术建立了全双工模式的中继协作通信机制，减少了时隙开销，增大了系统吞吐量和传输效率。6、中国科学院信息工程研究所提出一种全双工中继装置、全双工中继传输控制方法及系统，该方法包括：获取能量采集信息、能量存储信息和各信道状态的历史信息，根据所述信道状态的历史信息、所述能量采集信息、能量存储信息及信道状态预测信息，以系统最大吞吐量为优化目标，通过迭代计算，确定工作模式选择、发射功率调整和目的节点选择的最优值，进而得出所述将能量存储装置工作状态决策信息，进而控制能量存储装置的工作状态。本专利技术可实现全双工能量采集，并可使得全双工能量采集系统为全双工中继供电，以避免中继在“开”和“关”状态的频繁切换，进而可以提高系统吞吐量。7、上海交通大学提出一种基于信道统计特性的全双工双向译码转发中继的最优功率分配和中继部署方法，包括如下步骤：建立双向全双工中继通信系统；终端节点向中继节点发送状态信息，所述状态信息包括发射功率信息、自干扰信息；中继节点接收到终端节点的状态信息后，选择最优功率分配方案发送信号；根据最优功率优化方案选择中继节点的部署位置。本专利技术中根据中继节点的部署机制，中继节点的功率分配机制有效降低了系统的中断概率，解决了全双工系统当中，中断概率过高的问题，提升了系统的稳定度，从而提升了终端节点的服务质量。8、北京邮电大学提出一种双向全双工放大转发的中继增益的控制方法及装置，其应用于位于第一源节点和第二源节点之间的中继节点，该方法根据不同设计目标控制中继节点的中继增益，包括：第一源节点为主节点，第二源节点为从节点，需要最大化第一源节点的传输速率；第一源节点的传输速率与第二源节点的传输速率不等，需要最大化传输速率低的源节点的传输速率；需要最大化第一源节点和第二源节点的传输速率之和。应用本专利技术实施例，能够提高双向全双工系统端到端的性能，降低中继的功率消耗。在实际无线通信环境中，由于节点移动性、无线信道时变性以及无线通信业务的非对称性等因素的影响，信道和数据速率的非对称情况是普遍存在的。由于中继两端链路及用户业务需求非对称的普遍存在以及RSI等因素的影响，全双工中继和双向中继系统并不能始终保持最优的性能。现有研究通过简单的全双工、半双工中继模式选择，一定程度上弥补了各种非理想因素引起的性能恶化，但也降低了全双工带来的频谱效率增益。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对上述现有技术的不足，提供一种机会同频全双工/双向中继的联合最优时间/功率资源分配方法，本机会同频全双工/双向中继的联合最优时间/功率资源分配方法在无线通信网络中，能够提高系统在链路及用户业务非对称场景下系统中断性能的联合最优时间/功率资源分配方法。为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：机会同频全双工/双向中继的联合最优时间/功率资源分配方法，其特征在于：(1)机会同频全双工/双向中继系统由两个信源Sj(j＝1,2)和中继R组成；两个信源通过中继R交换信息；信源Sj(j＝1,2)和中继R通过发送的导频或训练序列来测量信源Sj(j＝1,2)与中继R之间以及中继R自干扰信道的信道状态信息；所述信道状本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种机会同频全双工/双向中继的联合最优时间/功率资源分配方法，其特征在于：(1)机会同频全双工/双向中继系统由两个信源Sj(j＝1,2)和中继R组成；两个信源通过中继R交换信息；信源Sj(j＝1,2)和中继R通过发送的导频或训练序列来测量信源Sj(j＝1,2)与中继R之间以及中继R自干扰信道的信道状态信息；所述信道状态信息包括：信源Sj(j＝1,2)与中继R之间以及中继R自干扰信道的衰落因子和数据速率需求；根据测量结果，分别计算数据速率需求非对称程度η、全双工(FDR)模式下的可达速率和双向中继(TWR)模式下的可达速率(2)最优时间资源分配：整个传输过程可分为三个子时隙：第一个子时隙采用FDR模式传输S1→R→S2方向的数据，子时隙持续时间为T1；第二个子时隙采用TWR模式传输S1→R←S2方向的数据，子时隙持续时间为T2；第三个子时隙采用FDR模式传输S1←R←S2方向的数据，子时隙持续时间为T3；根据三个子时隙的时间分配，可以分为三种情况：情况1：T1≠0且T3≠0当时，中继R两端链路对称性较高，且信源S2数据速率需求接近于信源S1；分配给FDR模式链路S1→R→S2方向的时间为T1，TWR模式时间为T2，FDR模式链路S1←R←S2方向的时间为T3；情况2：T3＝0当时，S1‑R链路远差于S2‑R链路，且信源S1数据速率需求远小于信源S2；不分配给FDR模式链路S1←R←S2方向时间；分配给FDR模式链路S1→R→S2方向的时间为T1，TWR模式时间为T2；情况3：T1＝0当时，S2‑R链路远差于S1‑R链路，且信源S2数据速率需求远小于信源S1；不分配FDR模式链路S1→R→S2方向时间；分配给FDR模式链路方向S1←R←S2的时间为T3，TWR模式时间为T2；(3)最优中继功率分配：根据不同的模式，功率分配可分为：采用TWR模式传输数据信息时，中继功率设置为最大中继发送功率采用FDR模式传输数据信息时，中继功率设置为或(4)数据信息传输根据不同的模式，分为以下两种：模式1：采用FDR模式：根据FDR模式不同时隙的链路方向，发送端信源数据信息发送给中继R；同时，中继R将放大后的信息转发给接收端信源，从而接收端信源得到对方信源的数据信息；模式2：采用TWR模式：第一个时隙，两个信源Sj(j＝1,2)同时将各自的数据信息发送给中继R；第二个时隙，中继R将接收到的两路数据信息合并，同时放大转发给两个信源Sj(j＝1,2)；信源Sj(j＝1,2)根据各自发送的数据信息和已知的信道参数，去除已知干扰信号后，得到对方信源的数据信息。...
【技术特征摘要】
1.一种机会同频全双工/双向中继的联合最优时间/功率资源分配方法，其特征在于：(1)机会同频全双工/双向中继系统由两个信源Sj(j＝1,2)和中继R组成；两个信源通过中继R交换信息；信源Sj(j＝1,2)和中继R通过发送的导频或训练序列来测量信源Sj(j＝1,2)与中继R之间以及中继R自干扰信道的信道状态信息；所述信道状态信息包括：信源Sj(j＝1,2)与中继R之间以及中继R自干扰信道的衰落因子和数据速率需求；根据测量结果，分别计算数据速率需求非对称程度η、全双工(FDR)模式下的可达速率和双向中继(TWR)模式下的可达速率(2)最优时间资源分配：整个传输过程可分为三个子时隙：第一个子时隙采用FDR模式传输S1→R→S2方向的数据，子时隙持续时间为T1；第二个子时隙采用TWR模式传输S1→R←S2方向的数据，子时隙持续时间为T2；第三个子时隙采用FDR模式传输S1←R←S2方向的数据，子时隙持续时间为T3；根据三个子时隙的时间分配，可以分为三种情况：情况1：T1≠0且T3≠0当时，中继R两端链路对称性较高，且信源S2数据速率需求接近于信源S1；分配给FDR模式链路S1→R→S2方向的时间为T1，TWR模式时间为T2，FDR模式链路S1←R←S2方向的时间为T3；情况2：T3＝0当时，S1-R链路远差于S2-R链路，且信源S1数据速率需求远小于信源S2；不分配给FDR模式链路S1←R←S2方向时间；分配给FDR模式链路S1→R→S2方向的时间为T1，TWR模式时间为T2；情况3：T1＝0当时，S2-R链路远差于S1-R链路，且信源S2数据速率需求远小于信源S1；不分配FDR模式链路S1→R→S2方向时间；分配给FDR模式链路方向S1←R←S2的时间为T3，TWR模式时间为T2；(3)最优中继功率分配：根据不同的模式，功率分配可分为：采用TWR模式传输数据信息时，中继功率设置为最大中继发送功率采用FDR模式传输数据信息时，中继功率设置为或(4)数据信息传输根据不同的模式，分为以下两种：模式1：采用FDR模式：根据FDR模式不同时隙的链路方向，发送端信源数据信息发送给中继R；同时，中继R将放大后的信息转发给接收端信源，从而接收端信源得到对方信源的数据信息；模式2：采用TWR模式：第一个时隙，两个信源Sj(j＝1,2)同时将各自的数据信息发送给中继R；第二个时隙，中继R将接收到的两路数据信息合并，同时放大转发给...
【专利技术属性】
技术研发人员：王雨榕，刘爱军，许魁，
申请(专利权)人：中国人民解放军理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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