一种多用户线性网络编码协作系统的最佳功率分配方法技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种多用户线性网络编码协作系统的最佳功率分配方法，包括确定多用户线性网络编码协作模型，并获取多用户线性网络编码协作模型中每一个用户的信息接收方及其对应的信息发送方，且进一步确定每一个用户对应信息接收方不为空时在任一时隙上实现通信的信道系数及对应发送的码字；根据每一个用户对应信息接收方或信息发送方在任一时隙上的信道系数及对应的发送或接收的码字，确定任意用户到目的节点的中断概率函数；根据中断概率函数，构建目标函数并求最优解，得到中断概率最大用户所对应的最小中断概率。实施本发明专利技术，能考虑多用户线性网络编码协作时的最佳功率分配策略。

An optimal power allocation method for a multi-user linear network coding cooperative system

The embodiment of the invention discloses the optimal power allocation method for multi user cooperative system of linear network encoding multiple users, including the determination of linear network encoding cooperation model, and access to each user's information receiver and the corresponding multi user collaboration model in linear network encoding information sender, and further determine each user information corresponding to the receiver not for the realization of the channel coefficients and the corresponding space-time transmit communication at any one time slot of the codeword; according to the channel coefficients of each user corresponds to the information receiver or sender information at any one time slot and the sending or receiving codeword, determine any user to the destination node outage probability function; according to the outage probability function, construction the objective function and optimal solution, get the minimum outage probability of outage probability corresponding to the maximum user. The implementation of the invention can consider the optimal power allocation strategy for multi - user linear network coding cooperation.

【技术实现步骤摘要】
一种多用户线性网络编码协作系统的最佳功率分配方法
本专利技术涉及数据传输
，尤其涉及一种多用户线性网络编码协作系统的最佳功率分配方法。
技术介绍
线性网络编码协作可以有效地提高数据传输的稳定性和效率，并且近些年来已经成为最火的研究对象之一。目前大量的网络编码协作模型已经在各种期刊报纸中所公开，从模型的近似中断概率和分集阶数来评估所提出的线性网络编码模型的性能。在现有技术中，Inacio等人在文献(OnNetworkCodesforMultiuserCooperativeCommunicationinaLineNetwork.in2013IEEE77thVehicularTechnologyConference(VTCSpring).2013.)中，虽然分析出了双时隙多用户线性网络编码系统的中断概率下界，但是中断概率的闭式表达式并没有给出。Jin-Taek和Seong等人在其它文献中，虽然给出了双时隙双用户线性网络编码协作的精确中断概率理论推导的表达式，但是其并没有推广到多用户模型中。Z.Tang,H.Wang,Q.Hu,andX.Shi等人在文献(Theexactoutageprobabilityofmultiuserlinearnetworkcodedcooperationsystem)中，给出了多用户线性网络编码的紧近似中断概率理论分析，但并没有考虑到线性网络编码中用户与用户之间的路径损耗。另外，还有文献给出了在物理层的网络编码协作模型中，提出来几种基于不同判断方式的最佳功率分配方案，如考虑最小中断概率，最大传输速率等约束条件，但都只是考虑单用户作为中继节点来建模，并没有考虑到多用户线性网络编码协作时的最佳功率分配的策略。因此，亟需一种多用户线性网络编码协作系统的最佳功率分配方法，能考虑多用户线性网络编码协作时的最佳功率分配策略。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种多用户线性网络编码协作系统的最佳功率分配方法，能考虑多用户线性网络编码协作时的最佳功率分配策略。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种多用户线性网络编码协作系统的最佳功率分配方法，包括步骤：步骤S1、确定多用户线性网络编码协作模型，并获取所述多用户线性网络编码协作模型中每一个用户的信息接收方及其对应的信息发送方，且进一步确定每一个用户对应信息接收方不为空时在任一时隙上实现通信的信道系数及对应发送的码字；步骤S2、根据所述每一个用户对应信息接收方或信息发送方在任一时隙上的信道系数及对应的发送或接收的码字，确定任意用户到目标用户的中断概率函数；步骤S3、根据所述中断概率函数，构建目标函数并求最优解，得到中断概率最大用户所对应的最小中断概率。其中，所述步骤S1具体包括：构建一个双时隙多用户的线性网络编码协作系统，包括一个目的节点和多个用户节点，且所述多个用户节点所对应的用户之间均可实现相互通信；分别确定每一个用户的信息接收方并形成为对应的用户接收集合D，且分别确定每一个用户的发送接收方并形成为对应的用户发送集合R；获取每一个用户的用户发送集合R不为空时，在任一时隙上实现通信的信道系数及对应发送的码字。其中，所述步骤S2中的“任意用户到目标用户的中断概率函数”是通过公式来实现；其中，表示用户ui的用户接收集合时的中断概率，表示用户ui的用户接收集合时的中断概率；其中，表示系统中用户ui之外的其他用户；pi,j,1表示用户ui到中用户uj在第一时隙的中断概率，且则pi是用户ui的发射功率，di,j用户ui与用户uj的距离，α是路径损耗系数，Gpl表示路径损耗常量，由天线的总增益、载波波长、接受端的噪声所决定的，N0为高斯白噪声方差；其中，表示用户ui发送的码字xi和用户u0接受的码字yi,0之间两个时隙的总互信息量，且其中，而其中，βZ,1表示第一阶段种组合的第z种。βZ,2表示第一阶段种组合的第z种；中断概率pi是用户ui的发射功率，di,j用户ui与用户uj之间的距离，α是路径损耗系数，Gpl表示路径损耗常量，N0为高斯白噪声方差；其中，则表示ξXi(n)种组合的第k种组合；其中，所述步骤S3具体包括：步骤S31、对所述目标函数进行优化，设置初始化群体的个数，随机生成初始化种群；步骤S32、通过轮盘选择法来计算每个个体的适应度函数，获取所述目标函数中断概率最大用户所对应的最小中断概率，并确定其是否符合优化准则；如果符合，则输出该个体的优化解决方案；如果不符合，则调至步骤S33；步骤S33、通过适应度选择再生个体；步骤S34、根据交叉概率和方法来生成新的个体；步骤S35、根据变异概率和方法来生成新的个体；步骤S36、根据交叉和突变生成新的种群，并且返回至步骤S32。实施本专利技术实施例，具有如下有益效果：本专利技术基于遗传算法的多用户线性网络编码协作系统最优功率分配算法，通过运用上述算法，能够使得一个多用户系统中最大中断概率最小化，达到得到多用户线性网络编码协作时的最佳功率分配策略的目的。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本专利技术的范畴。图1为本专利技术实施例提供的一种多用户线性网络编码协作系统的最佳功率分配方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的一种多用户线性网络编码协作系统的最佳功率分配方法中线性网络编码协作系统的应用场景图；图3为图2中用户a、b和c在非等距线性网络编码中断概率的理论值和模拟值对比图；图4为图2中用户a、b和c所对应的最大断概率最小化的功率分配优化图；图5为图2中用户a、b和c中断概率最大用户所对应的最小中断概率最佳功率分配和等功率分配对比图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，为本专利技术实施例中，提出的一种多用户线性网络编码协作系统的最佳功率分配方法，包括步骤：步骤S1、确定多用户线性网络编码协作模型，并获取所述多用户线性网络编码协作模型中每一个用户的信息接收方及其对应的信息发送方，且进一步确定每一个用户对应信息接收方不为空时在任一时隙上实现通信的信道系数及对应发送的码字；具体过程为，构建一个双时隙多用户的线性网络编码协作系统，包括一个目的节点和多个用户节点，且所述多个用户节点所对应的用户之间均可实现相互通信；分别确定每一个用户的信息接收方并形成为对应的用户接收集合D，且分别确定每一个用户的发送接收方并形成为对应的用户发送集合R；获取每一个用户的用户发送集合R不为空时，在任一时隙上实现通信的信道系数及对应发送的码字。在一个实施例中，一个双时隙多用户的线性网络编码协作系统包括一个目的节点(u0)和M(M>1)个用户节点(ui,i＝1,2,...,M)。每个用户节点都可以看做其他节点的中继节点。每个用户都有独立的信息(xi,i＝1,2,...,M)发送给u0。本文假设所有的码字都独立的同分布高斯变量。整个协作过程主要分为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多用户线性网络编码协作系统的最佳功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、确定多用户线性网络编码协作模型，并获取所述多用户线性网络编码协作模型中每一个用户的信息接收方及其对应的信息发送方，且进一步确定每一个用户对应信息接收方不为空时在任一时隙上实现通信的信道系数及对应发送的码字；步骤S2、根据所述每一个用户对应信息接收方或信息发送方在任一时隙上的信道系数及对应的发送或接收的码字，确定任意用户到目的用户的中断概率函数；步骤S3、根据所述中断概率函数，构建目标函数并求最优解，得到中断概率最大用户所对应的最小中断概率。

【技术特征摘要】
1.一种多用户线性网络编码协作系统的最佳功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、确定多用户线性网络编码协作模型，并获取所述多用户线性网络编码协作模型中每一个用户的信息接收方及其对应的信息发送方，且进一步确定每一个用户对应信息接收方不为空时在任一时隙上实现通信的信道系数及对应发送的码字；步骤S2、根据所述每一个用户对应信息接收方或信息发送方在任一时隙上的信道系数及对应的发送或接收的码字，确定任意用户到目的用户的中断概率函数；步骤S3、根据所述中断概率函数，构建目标函数并求最优解，得到中断概率最大用户所对应的最小中断概率。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：构建一个双时隙多用户的线性网络编码协作系统，包括一个目的节点和多个用户节点，且所述多个用户节点所对应的用户之间均可实现相互通信；分别确定每一个用户的信息接收方并形成为对应的用户接收集合D，且分别确定每一个用户的发送接收方并形成为对应的用户发送集合R；获取每一个用户的用户发送集合R不为空时，在任一时隙上实现通信的信道系数及对应发送的码字。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中的“任意用户到目的用户的中断概率函数”是通过公式来实现；其中，表示用户ui的用户接收集合时的中断概率，表示用户ui的用户接收集合时的中断概率；其...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐震洲，吉文标，胡倩，陈新，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33