[发明专利]基于网络生命周期门限选择天线的MIMO中继选择方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，具体涉及协作通信系统的天线与中继选择方法。

背景技术

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(Multiple Input MultipleOutput)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。

发明内容

基于上述背景，本发明是在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。

本发明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。本发明主要包括以下步骤：

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r_th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Ψ_1i；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；α_ij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；E_ij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Ψ_1i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Ψ_2i；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。