一种基于能效准则的协作多中继选择与功率分配方法

摘要

一种基于能效准则的协作多中继选择与功率分配方法，属于无线通信领域。该系统包括单信源节点、多中继节点和单目的节点。本发明方法在满足用户需求的前提下，以提高系统的能量利用效率为目的，通过比较不同传输链路的能效状况，选择高能效的链路进行传输。在中继参与情况下，对中继节点的功率分配也依据能效最优的方式进行，此功率分配方案即使在可用功率增加的情况下，也能使系统保持较高的能效。

主权项

一种基于能效准则的协作多中继选择与功率分配方法，通过以下通信系统来实现，该系统包括1个发送基站、多个中继节点和1个目的节点，发送基站先进行信道估计，比较各个中继节点参与情况下中继链路的能量效率与直传链路的能量效率，如果中继链路的能量效率都低于直传链路的能量效率，则采用直传链路进行数据传输；如果中继节点参与情况下的中继链路能量效率大于直传链路的能量效率，则将所有能量效率大于直传链路能量效率的中继节点放入一个集合中，发送基站根据其可用功率和用户的请求速率确定参与中继的最小节点数目，根据能效准则确定最优中继数目，使最优中继数目大于最小中继数目以满足通信的服务质量要求，然后对各中继节点的功率进行分配，使系统的能效达到最优，发送基站通过无线信道向中继节点广播信号，被选择的中继节点对接收信号进行译码并通过循环冗余检验判断是否正确译码，译码正确的中继节点将接收到得信号通过其天线将信号发送至目的节点；最后，目的节点对接收的来自于发送基站的直传链路和中继节点的中继传输信号在中继参与的情况下进行最大比合并，并通过最大似然方式译码，该方法的具体步骤如下：A.发送基站向中继节点以及目的节点发送训练序列簇，通过反馈的训练序列信息来表征发送基站到中继节点、发送基站到目的节点以及中继节点到目的节点的信道信息状态，用来进行信道估计；B.发送基站计算在中继方式下各节点的能量效率与直传链路的能量效率，直传链路的计算方式为中继链路能效计算方式为其中C_SD为直传链路的信道容量，P_SD为直传链路所消耗的能量，η₀表示直传链路的能量效率，C_m为通过第m个中继节点对应链路的信道容量，P_m为通过第m个中继节点的中继链路的消耗能量，η_m表示中继链路的能量效率；C.比较步骤B中不同链路的能量效率，如果存在中继节点能量效率高于直传链路则直接转到步骤D，否则转到步骤G；D.采用两跳的中继链路方式进行传输，将所有大于直传链路能量效率的中继节点放到一个集合中；E.发送基站根据用户的请求速率和信道情况，在中继功率受限的情况下，确定保证传输链路不中断时所需的参与中继的最少节点数目，如果参与中继节点数目为0，则表示中继方式无法满足用户需求，传输中断，跳到步骤J，否则转到步骤F；F.按照最大化系统的能量效率确定参与中继的各个中继节点的发送功率，其中R为用户请求速率，P_e为系统中断概率，P₀为发送端的发送功率，P_i为第i个参与中继的中继节点发送功率，n为参与中继的中继节点数目，η₁为系统的能量效率，转到步骤H；G.采用直传的链路进行数据传输，所有的中继节点进行退避；H.根据上述确定的通信链路，发送基站开始发送信息，如果采用直接链路传输，则发送基站连续发送信息；如果使用中继节点集进行协作信息传输，则采用两跳的方式进行，发送基站通过广播信道向被选择的中继节点广播信息，译码正确的中继节点再通过多址信道向目的终端传输数据信息；I.设定固定计时器时间为τ，判断发送基站和中继节点是否已到更新控制信息的时间，如果已经到达，则转入步骤A，否则转入步骤J；J.当信息发送结束时，通信完毕，等待下一时刻的发送。