[发明专利]一种基于系统中断概率的多中继选择及功率分配方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种基于中断概率的多中继选择和功率分配联合方法，属于无线通信的技术领域。

背景技术

多输入多输出(MIMO)技术能够有效抵抗无线通信中多径衰落带来的影响，但是由于受设备尺寸、造价和硬件性能等条件限制，难以应用在实际的无线通信终端中。协作通信技术通过利用单天线移动终端之间的相互协作，共享彼此的天线，形成一个虚拟MIMO系统，从而获得空间分集。未来的无线通信系统需要提供更多高速率的多媒体业务和数据业务，协作通信的目的就是充分利用网络中的节点资源来帮助有通信需求的节点进行高速、可靠的无线通信。

协作通信技术得以发展主要有两方面的因素：网络中空闲资源的存在和协作通信所能提供的增益。

1.网络中空闲资源的存在

以移动通信系统为例来说明无线网络中空余资源的存在。某一时间段内移动通信系统中可能仅有部分移动终端有通信需求，因而网络中较多的移动终端处于空闲状态。但是传统的移动通信系统将所有移动终端看成是互不通信的个体，从而使这部分空闲硬件资源被浪费掉；另一方面，移动通信系统中的移动终端往往具有差异性，如具有不同的计算处理能力以及不同的通信能力等。若将这些移动终端看成是一个可以相互或部分相互通信的整体，则差异性的存在可使不同的移动终端在网络中承担不同的角色，从而有利于整个通信系统性能的提高。因此，如何利用空闲资源来帮助有通信需求的移动终端进行有效通信便成为一个值得深入研究的课题。

2.协作通信增益

无线通信中，由于受带宽、传输功率的限制，加上无线信道的多径衰落，很难达到理想的传输速率和通信质量。为了解决无线信道容量的瓶颈问题，人们给出了MIMO技术。该技术通过在发射端和接收端放置多根天线，形成多个独立的发/收信道，从而达到利用空间分集来提高无线信道传输能力的目的，但是由于受设备尺寸、造价和硬件性能等条件限制，无线终端不一定支持多天线安装。而协作通信技术能够利用无线信道的广播特性，允许单天线终端设备在多用户环境中通过一定规则共享其他用户的天线，形成虚拟天线阵列，使得同一信息能够通过不同的独立无线信道到达接收端。研究表明，协作通信可以提供全部的空间分集增益效果，即n个参与协作通信的节点所提供的空间分集增益等同于信源节点具有n个独立的发射天线所提供的空间分集增益。

中继选择方案包含两个子问题，一个是参与协作的中继节点的集合的选取问题，一个是源节点和中继节点之间的功率分配问题。对于一种包含M个待选中继节点的场景，存在着2^M-1个中继集合。当可用中继节点数目增加时，如果采用穷举遍历的方法来搜索的话，我们首先得确定参加中继的个数N，然后确定具体是哪N个中继节点参加中继过程，并且对每一种可能的中继集合进行最优功率分配。这种情况下中继选择的次数和最优功率分配的次数将随着中继个数M的指数次方增加，这虽然能得到最优中继集，但由于方法的复杂度过高，这种选择方法显然是不可取的。

发明内容

技术问题：本发明针对最优中继选择方法的计算复杂度高、实时性差的不足，提供一种次优的、低复杂度的基于系统中继概率的多中继选择及功率分配方法。

技术方案：本发明的基于系统中断概率的多中继选择及功率分配方法，包括如下步骤：

1)获取信道统计信息：目的节点通过训练序列获得可用中继集中的M个可用中继节点与源节点间的信道统计信息，以及中继节点与目的节点之间的信道统计信息；

2)基于系统中断概率上界值进行最优功率分配：在系统给定的各中继节点允许最大输出功率值P_imax、源节点允许最大输出功率值P_smax和总功率最大值P条件下，基于系统中断概率上界值，根据步骤1)中获取的信道统计信息，对所有可用中继节点和源节点进行一次最优功率分配；

3)中继节点的贡献因子排序：

首先根据步骤2)的最优功率分配结果，按照下式计算每个中继节点对中断概率的贡献因子

其中P_s与P_i分别是源节点与中继节点分配到的功率值，为源节点到中继节点R_i间信道的方差，为中继节点R_i到目的节点之间信道的方差；

然后按照各中继节点的贡献因子从小到大对各中继节点进行排序；