全双工缓存中继系统多用户调度方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种全双工缓存中继系统多用户调度方法及系统，包括中继系统建立步骤：设置多个已经配对好的源节点、目的节点用户对，以及一个工作在全双工模式的中继站点；中继系统工作模式选择步骤：使得中继系统工作在译码转发的模式下；源节点和目的节点选择步骤：选择发送的源节点和目的节点，即选择发送的用户对；调度步骤：中继节点向所有的用户发送控制指令，由所述中继节点将选择发送的源节点所发送的信息存储到对应的缓存中，并且从对应的缓存中提取数据发送给选择的目的节点，完成一个时隙内的用户调度。本发明专利技术中的方法在提供最大化的系统吞吐速率的同时，还能够保证中继缓存不会溢出，并且保证了系统的服务质量。

【技术实现步骤摘要】
全双工缓存中继系统多用户调度方法及系统
本专利技术涉及无线通信
，具体地，涉及全双工缓存中继系统多用户调度方法及系统。
技术介绍
目前，随着无线通信技术的发展，传统的无线通信模式的弊端越来越突出。随着下一代5G移动通信标准的日渐明朗，对下一代无线通信系统的频谱效率提出了新的要求。传统的通信系统均工作在半双工模式，最典型的就是时分双工系统(TimeDivisionDuplex,TDD)和频分双工系统(FrequencyDivisionDuplex,FDD),由于信号的接收与发送必须在相互正交的时隙或者频段，降低了系统的频谱使用率。目前，随着无线通信系统的接入设备的呈现指数上涨的趋势，无线通信系统的频谱使用率成了限制系统性能的主要的因素之一。如何在有限的频带内最大化系统的频谱使用效率成为了无线通信系统领域亟待解决的问题，研究学者从物理层，网络层等多方面提出了各种各样的解决方案，其中，基于物理层的同时同频传输全双工(FullDuplex)技术对于频谱效率的提升尤为显著。全双工(FullDuplex)技术是一种可以使移动终端，基站，无线接入点等通信设备的上行与下行链路工作在同一个频段和同一个时段的技术。与半双工技术相比，全双工技术能够从物理层带来两倍于半双工系统的频谱效率。因此，作为下一代无线通信系统提升频谱效率的关键技术之一，全双工技术受到了广大研究学者的关注。将全双工模式应用到无线通信领域的各个方面也正在如火如荼的展开，其中一个方向就是中继辅助通信下的全双工多用户系统。与半双工中继系统不同，全双工中继系统能够在接收用户信息的同时向其他用户转发信息，而不用等到下一个时隙。在多用户环境下，当接入的用户数量大于中继站点所能支持的数量的时候，中继节点必须设计相应的多用户调度机制从而在不同的时隙来服务不同的用户对，从而满足大量用户的请求。传统的多用户调度机制均只考虑了信道的状态信息，即不同的用户对与中继节点之间的信道系数。然而，基于信道的状态信息的多用户调度机制存在一个很大的弊端，它没有考虑中继节点的缓存能力，当中继节点接收到了源节点的数据之后必须立即向目的节点转发。然而，当中继节点到目的节点的无线信道不足以支持所传输的数据速率的时候，就会造成数据包的丢失。随着科技的发展，各类存储器的成本越来越低，现代无线通信系统中基本上都配置了大容量的缓存器来存储数据。因此，我们在考虑多用户调度机制的时候，应该把中继节点的缓存能力也考虑在内，从新的维度提升系统的性能，提升用户的服务质量。经检索，申请号：201510395779.6，名称为“基于全双工中继缓存的多用户通信调度系统及方法”，包括多个需要发送信息的用户以及多个需要接收信息的用户，两者之间通过单个具有缓存功能的全双工中继来实现信息传递，从而使全双工中继高效协助多用户之间的通信，提高系统吞吐量；多对相互通信的用户工作于半双工模式下，通过将发送信息发送到全双工中继处被接收并按照一定的算法缓存下来，中继根据信道测量的结果，按照给定的调度算法转发缓存里的信息，并为下一时隙接收和转发信息初始化状态信息，每个时隙重复上述步骤，从而保证基于全双工中继缓存的多用户通信调度系统高效运行，实现吞吐量的最大化。上述专利申请文献和现有工作机制的缺点是：1)在获取到信道状态信息之后，只考虑信道状态信息，即，信道幅值的大小排序，而没有考虑在该信道条件下，每个时隙具体能够传输多少比特的信息。因此无法判定中继节点是否能够存储下所有的接收到的信息并且不发生溢出。2)在进行用户选择时，只判断了中继节点的缓存是否为空，或者是否为满，而没有考虑具体的剩余缓存空间的大小。因此，无法判断在下一个时隙内，该buffer还能够存多少数据比特量。3)由于没有具体的一个时隙内能够传输的比特数量，和中继节点与不同用户对应的buffer在每个时隙剩余的缓存空间，从而无法将用户能够传输的比特数与中继节点能够存储的信息比特数进行比较。因此会出现以下情况，即使选择了某一个用户，但是由于该用户一个时隙内能够传输的比特量大于中继节点空余的缓存空间的情况。造成信息的溢出。4)由于用户不知道对应的中继节点的空余缓存大小，无法确定传输的比特数量，因此除了中继节点处信息易溢出外，用户的信息容易发生丢失，降低了用户的服务质量。当一个中继系统中存在多个用户对的时候，中继节点无法同时支撑多个用户的数据传输，而必须从多个用户中选出一对用户让他们相互通信。由于中继节点配备了多个缓存，可以存储用户的数据，由于每对用户的选择必须基于用户和中继节点之间的信道强度和与用户对对应的缓存空间的大小，又由于信道强度是随机值，所以如何在信道强度和存储空间都是随机的情况下进行选择用户对的问题亟待解决。基于以上问题，本专利技术提出了一种基于链路传输比特数和中继缓存空间大小的多用户调度方案，该方案在提供最大化的系统吞吐速率的同时，还能够保证中继缓存不会溢出，并且保证了系统的服务质量。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种全双工缓存中继系统多用户调度方法及系统。根据本专利技术提供的全双工缓存中继系统多用户调度方法，包括如下步骤：中继系统建立步骤：设置多个已经配对好的源节点、目的节点用户对，以及一个工作在全双工模式的中继站点；中继系统工作模式选择步骤：使得中继系统工作在译码转发的模式下，即中继节点在接收到了源节点发送的数据之后，首先将比特信息从信号中提取出来，然后将比特信息存储到对应的缓存空间中，等到相应对用户中的目的节点被选中时，再将信息从缓存中提取出来向目的节点转发；源节点和目的节点选择步骤：选择发送的源节点和目的节点，即选择发送的用户对；调度步骤：中继节点向所有的用户发送控制指令，其中，选择发送的源节点处于发送状态，其余的源节点都处于静默状态，选择的目的节点处于接收状态，其余的目的节点均不接收任何信号；由所述中继节点将选择发送的源节点所发送的信息存储到对应的缓存中，并且从对应的缓存中提取数据发送给选择的目的节点，完成一个时隙内的用户调度。优选地，所述中继系统建立步骤中的中继系统中只有中继节点工作于全双工模式，源节点工作在发送模式，目的节点工作在接收模式；由于中继节点配备有缓存，且能够同时收发信息，因此，中继节点能够独立的选择发送节点和目的节点。优选地，所述源节点和目的节点选择步骤中包括预处理步骤，具体地：计算源节点传输信息比特数，并将中继节点传输的比特量与中继缓存剩余空间大小进行比较；假设整个中继系统中有N个源节点向中继节点发送请求，中继节点接收到请求之后，在整个缓存空间划分出N个独立的缓存子空间；然后向这N对用户发送导频信号；用户接收到导频信号之后，进行信道估计，并将估计得到的信道系数反馈给中继节点；此外，中继节点还需要对系统中的噪声功率也进行估计。优选地，所述源节点和目的节点选择步骤中假设第i个源节点到中继节点的信道系数表示为hi,r，其中i＝1,2,3…N；中继节点到第j个目的节点的信道系数表示为hr,j，其中j＝1,2,3…N；中继系统中的噪声功率表示为：中继节点根据香农公式：C＝log2(1+SNR)，其中P为发射功率，假设源节点的发射功率为Ps，中继节点的发射功率为Pr；则得到第i个源节点发送给中继节点的比特数量Ci,r和中继节点能够本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全双工缓存中继系统多用户调度方法，其特征在于，包括如下步骤：中继系统建立步骤：设置多个已经配对好的源节点、目的节点用户对，以及一个工作在全双工模式的中继站点；中继系统工作模式选择步骤：使得中继系统工作在译码转发的模式下，即中继节点在接收到了源节点发送的数据之后，首先将比特信息从信号中提取出来，然后将比特信息存储到对应的缓存空间中，等到相应对用户中的目的节点被选中时，再将信息从缓存中提取出来向目的节点转发；源节点和目的节点选择步骤：选择发送的源节点和目的节点，即选择发送的用户对；调度步骤：中继节点向所有的用户发送控制指令，其中，选择发送的源节点处于发送状态，其余的源节点都处于静默状态，选择的目的节点处于接收状态，其余的目的节点均不接收任何信号；由所述中继节点将选择发送的源节点所发送的信息存储到对应的缓存中，并且从对应的缓存中提取数据发送给选择的目的节点，完成一个时隙内的用户调度。

【技术特征摘要】
1.一种全双工缓存中继系统多用户调度方法，其特征在于，包括如下步骤：中继系统建立步骤：设置多个已经配对好的源节点、目的节点用户对，以及一个工作在全双工模式的中继站点；中继系统工作模式选择步骤：使得中继系统工作在译码转发的模式下，即中继节点在接收到了源节点发送的数据之后，首先将比特信息从信号中提取出来，然后将比特信息存储到对应的缓存空间中，等到相应对用户中的目的节点被选中时，再将信息从缓存中提取出来向目的节点转发；源节点和目的节点选择步骤：选择发送的源节点和目的节点，即选择发送的用户对；调度步骤：中继节点向所有的用户发送控制指令，其中，选择发送的源节点处于发送状态，其余的源节点都处于静默状态，选择的目的节点处于接收状态，其余的目的节点均不接收任何信号；由所述中继节点将选择发送的源节点所发送的信息存储到对应的缓存中，并且从对应的缓存中提取数据发送给选择的目的节点，完成一个时隙内的用户调度。2.根据权利要求1所述的全双工缓存中继系统多用户调度方法，其特征在于，所述中继系统建立步骤中的中继系统中只有中继节点工作于全双工模式，源节点工作在发送模式，目的节点工作在接收模式；由于中继节点配备有缓存，且能够同时收发信息，因此，中继节点能够独立的选择发送节点和目的节点。3.根据权利要求1所述的全双工缓存中继系统多用户调度方法，其特征在于，所述源节点和目的节点选择步骤中包括预处理步骤，具体地：计算源节点传输信息比特数，并将中继节点传输的比特量与中继缓存剩余空间大小进行比较；假设整个中继系统中有N个源节点向中继节点发送请求，中继节点接收到请求之后，在整个缓存空间划分出N个独立的缓存子空间；然后向这N对用户发送导频信号；用户接收到导频信号之后，进行信道估计，并将估计得到的信道系数反馈给中继节点；此外，中继节点还需要对系统中的噪声功率也进行估计。4.根据权利要求1所述的全双工缓存中继系统多用户调度方法，其特征在于，所述源节点和目的节点选择步骤中假设第i个源节点到中继节点的信道系数表示为hi,r，其中i＝1,2,3…N；中继节点到第j个目的节点的信道系数表示为hr,j，其中j＝1,2,3…N；中继系统中的噪声功率表示为：中继节点根据香农公式：C＝log2(1+SNR)，其中P为发射功率，假设源节点的发射功率为Ps，中继节点的发射功率为Pr；则得到第i个源节点发送给中继节点的比特数量Ci,r和中继节点能够向第j个目的节点转发的比特数量Cr,j，其中，假设一个时隙为单位长度。5.根据权利要求1所述的全双工缓存中继系统多用户调度方法，其特征在于，所述源节点和目的节点选择步骤中假设中继系统的初始阶段，每对用户均已进行编号P1(S1,D1)，P2(S2,D2)…，Pi(Si,Di),…PN(SN,DN),其中Pi表示的是第i个用户对的序号，i＝1,2,3…N；Si表示的是第i个源节点，i＝1,2,3…N；Di表示的是第i个目的节点，i＝1,2,3…N；中继节点依次将N个缓存子空间编号记为：B1，B2…，Bi，…BN,并将Bi分配给Pi，i＝1,2,3…N；分配完成之后，中继节点依次接收一部分用户的信息，并存储到...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成，徐钰璇，夏斌，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31