基于网络生命周期门限选择天线的MIMO中继选择方法技术

本发明专利技术公开了一种基于网络生命周期门限选择天线的MIMO中继选择方法，通过设置生命周期门限控制MIMO协作通信系统的天线选择以及基于天线选择结果从而完成中继选择。本发明专利技术在中继选择时考虑了中继节点的剩余能量，在存在电池供电的中继节点的协作通信网络中，能够平衡网络负荷，延长网络生命周期，并且相对于已有天线选择算法，计算复杂度大大降低。本发明专利技术不仅可用于由电池供电的中继节点构成的协作通信系统，同时适用于电池供电中继节点和电网供电中继节点共存的协作通信系统。

MIMO relay selection method based on network lifetime threshold selective antenna

The invention discloses a network selection method based on life cycle threshold selection of antenna MIMO relay, antenna selection by setting the life cycle threshold control MIMO cooperative communication system and based on antenna selection results so as to complete the relay selection. The invention considers the residual energy of the relay nodes in the relay selection in cooperative communication networks, the relay node are powered by a battery, can balance the network load, prolong the network life cycle, and compared with the existing antenna selection algorithm, the computational complexity is greatly reduced. The invention can not only be used in a cooperative communication system composed of batteries and relay nodes, but also can be applied to the cooperative communication system of the battery powered relay nodes and the power supply relay nodes of the power grid.

【技术实现步骤摘要】
基于网络生命周期门限选择天线的MIMO中继选择方法
本专利技术属于移动通信
，具体涉及协作通信系统的天线与中继选择方法。
技术介绍
协作通信系统中，通信性能的好坏与中继节点的选择有关。衡量中继选择性能的指标通常包括容量和中断概率。在多个中继节点中选择一个或者多个中继节点作为协作伙伴帮助源节点发送信号，以达到提升通信性能的目的，这就是协作通信的中继选择。参与协作通信的节点不仅可以配置一根天线，构成一种虚拟MIMO(MultipleInputMultipleOutput)效应，而且可以配置多根天线，进一步提升系统的性能，多天线技术也是未来移动通信的发展方向。一般来说，增加天线数量可以在一定程度上提高容量，已有的中继选择算法通常考虑选择最大化系统容量的方式确定天线选择结果，但是会带来一些问题，如节点能耗的不公平、网络负荷的不平衡、用户体验满意度低等。这是由于中继选择方法没有考虑到公平性原则，中继的非公平性导致设备负荷的不平衡，负荷不平衡对获得高的系统容量带来不利影响。同时，对于电池储能的中继设备来说，能量将会被快速消耗，降低网络的生命周期，降低用户体验满意度。
技术实现思路
基于上述背景，本专利技术是在MIMO协作通信系统中，从提高网络生命周期的角度考虑，提供一种基于公平性原则的天线选择及中继选择方法，通过设置生命周期门限控制MIMO协作通信系统的天线选择以及基于天线选择结果从而完成中继选择，具有积极的科学意义和应用价值。本专利技术的协作通信系统模型至少由1个源节点、M个中继节点和1个目的节点构建系统网络，每个中继节点配置N根天线。本专利技术主要包括以下步骤：步骤一：在中继选择时刻j，将目的节点处接收信噪比大于信噪比门限rth的中继节点选入候选中继节点集合Ω中，并获得所述候选中继节点集合Ω中所有中继节点的剩余能量。步骤二：对于候选中继节点集合Ω中的第i个中继节点：(1)遍历计算选择第i个中继节点的天线m时的通信时长1≤m≤N；当时，将天线m选入所述第i个中继节点的一根被选天线集合Ψ1i；其中：为中继选择时刻j时第i个中继节点的生命周期门限；αij为在中继选择时刻j时第i个中继节点允许消耗的最大能量占其剩余能量的比例；Eij为在中继选择时刻j时第i个中继节点的剩余能量；表示在中继选择时刻j时第i个中继节点的天线m的传输功率。(2)遍历计算同时选择一根被选天线集合Ψ1i中的天线a1和天线b1时的通信时长当时，将天线a1和天线b1构成的天线组合(a1,b1)选入第i个中继节点的二根被选天线集合Ψ2i；其中：分别表示在中继选择时刻j时第i个中继节点的天线a1和天线b1的传输功率。(3)遍历计算选择二根被选天线集合Ψ2i中的由天线a2、天线b2构成的天线组合(a2,b2)以及一根被选天线集合Ψ1i中与天线a2、天线b2互不相同的天线c1且该三根天线中的任意两根天线的组合属于所述二根被选天线集合Ψ2i时的通信时长当时，将天线a2、天线b2和天线c1构成的天线组合(a2,b2,c1)选入第i个中继节点的三根被选天线集合Ψ3i；其中：分别表示在中继选择时刻j时第i个中继节点的天线a2、天线b2、天线c1的传输功率。(4)遍历计算选择三根被选天线集合Ψ3i中的由天线a3、天线b3、天线c3构成的天线组合(a3,b3,c3)以及一根被选天线集合Ψ1i中与天线a3、天线b3、天线c3互不相同的天线d1且该四根天线中的任意三根天线的组合属于所述三根被选天线集合Ψ3i时的通信时长当时，将天线a3、天线b3、天线c3和天线d1构成的天线组合(a3,b3,c3,d1)选入第i个中继节点的四根被选天线集合Ψ4i；其中：分别表示在中继选择时刻j时第i个中继节点的天线a3、天线b3、天线c3、天线d1的传输功率。(5)以此类推，直到被选天线集合中的天线组合中的天线个数达到最大值，此时的被选天线集合为所述第i个中继节点的最终被选天线集合。对于步骤二，存在另一种方式：(1)遍历计算选择第i个中继节点的天线m时的通信时长1≤m≤N；当时，将天线m选入所述第i个中继节点的一根被选天线集合Ψ1i。(2)遍历计算选择一根被选天线集合Ψ1i中的每一根天线时，第i个中继节点与目的节点之间的信道容量，选取最大信道容量对应的天线nx，分别计算同时选择天线nx和所述一根被选天线集合Ψ1i中不同于天线nx的天线hx时的通信时长当时，将天线nx和天线hx构成的天线组合(nx,hx)选入所述第i个中继节点的二根被选天线集合Ψ2i；其中：分别表示在中继选择时刻j时第i个中继节点的天线nx和天线hx的传输功率。(3)遍历计算选择二根被选天线集合Ψ2i中的每一个天线组合时，第i个中继节点与目的节点之间的信道容量，选取最大信道容量对应的由天线ax、天线bx构成的天线组合(ax,bx)；再计算选择所述天线组合(ax,bx)以及一根被选天线集合Ψ1i中与天线ax、天线bx互不相同的天线cx时的通信时长当时，将天线ax、天线bx和天线cx构成的天线组合(ax,bx,cx)选入所述第i个中继节点的三根被选天线集合Ψ3i；其中：分别表示在中继选择时刻j时第i个中继节点的天线ax、天线bx、天线cx的传输功率。(4)遍历计算选择三根被选天线集合Ψ3i中的每一个天线组合时，第i个中继节点与目的节点之间的信道容量，选取最大信道容量对应的由天线ay、天线by、天线cy构成的天线组合(ay,by,cy)，分别计算同时选择所述天线组合(ay,by,cy)以及一根被选天线集合Ψ1i中与天线ay、天线by、天线cy互不相同的天线dy时的通信时长当时，将天线ay、天线by、天线cy、天线dy构成的天线组合(ay,by,cy,dy)选入所述第i个中继节点的四根被选天线集合Ψ4i；其中：分别表示在中继选择时刻j时第i个中继节点的天线ay、天线by、天线cy、天线dy的传输功率。(5)以此类推，直到被选天线集合中的天线组合中的天线个数达到最大值；此时的被选天线集合为所述第i个中继节点的最终被选天线集合。步骤三：对于每一个非空的最终被选天线集合对应的中继节点，分别计算其最终被选天线集合中每一个天线组合对应的该中继节点到目的节点链路的信道容量，选取最大信道容量对应的天线组合为该中继节点的被选天线组合，该最大信道容量为该中继节点到目的节点链路的信道容量；步骤四：选择中继节点到目的节点链路的信道容量最大的中继节点作为数据转发的中继节点。本专利技术不仅可用于由电池供电的中继节点构成的协作通信系统，同时适用于电池供电中继节点和电网供电中继节点共存的协作通信系统，只需要根据节点类型的不同，分别采用不同的天线和中继选择方法。例如，对于其中电池供电的中继节点，采用本专利技术中的方案进行天线选择，对于电网供电的中继节点，采用已有的方案进行天线选择，然后根据在所有中继节点中，选取信道容量最大的中继节点转发数据。本专利技术可以获得如下有益效果：(1)本专利技术在中继选择时考虑了中继节点的剩余能量，在存在电池供电的中继节点的协作通信网络中，能够平衡网络负荷，延长网络生命周期。(2)本专利技术相对于已有采用遍历组合计算的天线选择算法，计算复杂度大大降低，方法简单有效，可与已有方法有效融合，具有很好的可实现性和应用价值。具体实施方式协作通信系统实施例模型由1个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于网络生命周期门限选择天线的MIMO中继选择方法，至少由1个源节点、M个中继节点和1个目的节点构建系统网络，每个中继节点配置N根天线，其特征在于：所述方法还包括以下步骤：步骤一：在中继选择时刻j，将目的节点处接收信噪比大于信噪比门限r

【技术特征摘要】
1.一种基于网络生命周期门限选择天线的MIMO中继选择方法，至少由1个源节点、M个中继节点和1个目的节点构建系统网络，每个中继节点配置N根天线，其特征在于：所述方法还包括以下步骤：步骤一：在中继选择时刻j，将目的节点处接收信噪比大于信噪比门限rth的中继节点选入候选中继节点集合Ω中，并获得所述候选中继节点集合Ω中所有中继节点的剩余能量；步骤二：对于候选中继节点集合Ω中的第i个中继节点：(1)分别计算选择第i个中继节点的天线m时的通信时长1≤m≤N；当时，将天线m选入所述第i个中继节点的一根被选天线集合Ψ1i；其中：为中继选择时刻j时第i个中继节点的生命周期门限；αij为在中继选择时刻j时第i个中继节点允许消耗的最大能量占其剩余能量的比例；Eij为在中继选择时刻j时第i个中继节点的剩余能量；Pij(m)表示在中继选择时刻j时第i个中继节点的天线m的传输功率；(2)对于一根被选天线集合Ψ1i中的任意两根天线，分别计算同时选择所述一根被选天线集合Ψ1i中的天线a1和天线b1时的通信时长当时，将天线a1和天线b1构成的天线组合(a1,b1)选入第i个中继节点的二根被选天线集合Ψ2i；其中：分别表示在中继选择时刻j时第i个中继节点的天线a1和天线b1的传输功率；(3)对于二根被选天线集合Ψ2i中的任意天线组合，分别计算选择所述二根被选天线集合Ψ2i中的由天线a2、天线b2构成的天线组合(a2,b2)以及一根被选天线集合Ψ1i中与天线a2、天线b2互不相同的天线c1且该三根天线中的任意两根天线的组合属于所述二根被选天线集合Ψ2i时的通信时长当时，将天线a2、天线b2和天线c1构成的天线组合(a2,b2,c1)选入第i个中继节点的三根被选天线集合Ψ3i；其中：分别表示在中继选择时刻j时第i个中继节点的天线a2、天线b2、天线c1的传输功率；(4)对于三根被选天线集合Ψ3i中的任意天线组合，分别计算选择所述三根被选天线集合Ψ3i中的由天线a3、天线b3、天线c3构成的天线组合(a3,b3,c3)以及一根被选天线集合Ψ1i中与天线a3、天线b3、天线c3互不相同的天线d1且该四根天线中任意三根天线的组合属于所述三根被选天线集合Ψ3i时的通信时长当时，将天线a3、天线b3、天线c3和天线d1构成的天线组合(a3,b3,c3,d1)选入第i个中继节点的四根被选天线集合Ψ4i；其中：分别表示在中继选择时刻j时第i个中继节点的天线a3、天线b3、天线c3、天线d1的传输功率；(5)以此类推，直到被选天线集合中的天线组合中的天线个数达到最大值，此时的被选天线集合为所述第i个中继节点的最终被选天线集合；步骤三：对于每一个非空的最终被选天线集合对应的中继节点，分别计算其最终被选天线集合中每一个天线组合对应的该中继节点到目的节点链路的信道容量，选取最大信道容量对应的天线组合为该中继节点的被选天线组合，该最大信道容量为该中继节点到目的节点链路的信道容量；步骤四：选择中继节点到目的节点链路的信道容量最大的中继节点作为数据转发的中继节点。2.一种基于网络生命周期门限选择天线的MIMO中继选择方法，至少由...

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