專利名稱：Df中繼系統(tǒng)的最優(yōu)中繼選擇和功率分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種DF中繼系統(tǒng)的最優(yōu)中繼選擇和功率分配方法。
背景技術(shù)：
協(xié)作中繼技術(shù)是3GPP中深入討論的LTE-Advanced關(guān)鍵增強(qiáng)型技術(shù)之一，以其有效對(duì)抗信道衰落和提高系統(tǒng)傳輸性能的特性受到越來越多的關(guān)注，其基本思想是通過網(wǎng)絡(luò)中用戶間天線的共享建立一個(gè)虛擬的MIMO系統(tǒng)，進(jìn)而獲得系統(tǒng)的分集增益。放大直傳(AF) 和譯碼轉(zhuǎn)發(fā)(DF)是當(dāng)前熱點(diǎn)的兩個(gè)中繼協(xié)議，AF中繼將接收的信號(hào)放大后直接傳向目的節(jié)點(diǎn)，而DF中繼先對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行譯碼，如果譯碼成功，則再將其編碼并將其發(fā)送至目的節(jié)點(diǎn)。功率分配和中繼選擇是進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能的兩個(gè)研究熱點(diǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)表明，在協(xié)作系統(tǒng)中只選擇一個(gè)最優(yōu)中繼的系統(tǒng)性能要優(yōu)于多個(gè)中繼都直接參與傳輸?shù)南到y(tǒng)性能。 在一些現(xiàn)有技術(shù)中采用機(jī)會(huì)中繼的選擇策略對(duì)系統(tǒng)的中斷概率進(jìn)行優(yōu)化，但其并未考慮源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的直傳鏈路可用的情況下的系統(tǒng)性能。還有一些現(xiàn)有技術(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自適應(yīng)的功率分配從而提高系統(tǒng)的誤符號(hào)率和降低系統(tǒng)的中斷概率，但其同樣沒有考慮直傳鏈路，并且只考慮系統(tǒng)只有一個(gè)中繼的情況。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種DF中繼系統(tǒng)的最優(yōu)中繼選擇和功率分配方法，以使中繼系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化系統(tǒng)總中斷概率。( 二 )技術(shù)方案為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種DF中繼系統(tǒng)的最優(yōu)中繼選擇和功率分配方法，包括以下步驟Sl 選擇具有最大等效信道增益的中繼節(jié)點(diǎn)作為最優(yōu)中繼節(jié)點(diǎn)；S2:以源節(jié)點(diǎn)的傳輸功率與所述最優(yōu)中繼節(jié)點(diǎn)的傳輸功率的功率分配比例為變量，得到中繼系統(tǒng)的總中斷概率函數(shù)；S3:通過遺傳算法求解所述功率分配比例，使中繼系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化系統(tǒng)總中斷概率。優(yōu)選地，步驟S2中所述總中斷概率函數(shù)表示為Pr {outage} = Prsj d {outage} [PrSjr {outage}+Prrj d {outage}]其中，Pr {outage}為中繼系統(tǒng)的總中斷概率，Prs, d {outage}為源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)鏈路的中斷概率，Prs,,{outage}為源節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)鏈路的中斷概率，Prr,d{outage}為當(dāng)源節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)的鏈路不中斷時(shí)中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)鏈路的中斷概率。優(yōu)選地，步驟S3通過遺傳算法求解功率分配比例的步驟具體包括
S31 隨機(jī)產(chǎn)生初始化的個(gè)體，并設(shè)迭代次數(shù)為0，所述個(gè)體為功率分配比例值；
S32 計(jì)算個(gè)體對(duì)中繼系統(tǒng)的總中斷概率的適應(yīng)度；
S33 根據(jù)步驟S32計(jì)算的適應(yīng)度產(chǎn)生新的個(gè)體；
S34 檢查迭代次數(shù)是否到達(dá)設(shè)定的迭代次數(shù)最大值
如果沒有到達(dá)，則將迭代次數(shù)加1后轉(zhuǎn)到步驟S32 ；
如果已經(jīng)到達(dá)，則遺傳算法停止并返回最優(yōu)的系統(tǒng)總中斷概率優(yōu)化結(jié)果。
優(yōu)選地，所述步驟S31還包括對(duì)隨機(jī)產(chǎn)生初始化的個(gè)體進(jìn)行十進(jìn)制編碼的步驟。
優(yōu)選地，所述步驟S31具體為隨機(jī)產(chǎn)生N個(gè)二進(jìn)制字符串的個(gè)體，其二進(jìn)制字符串長度由預(yù)先設(shè)定的精度來確定，然后將產(chǎn)生的二進(jìn)制個(gè)體轉(zhuǎn)化十進(jìn)制。
優(yōu)選地，所述步驟S33具體包括以下步驟
S331 根據(jù)選擇概率選擇具有高適應(yīng)度的個(gè)體作為父類，并丟棄適應(yīng)度低的個(gè)體；
S332 根據(jù)交叉概率，對(duì)步驟S331所選的父類進(jìn)行交叉操作，從而產(chǎn)生新一代的個(gè)體；
S333 根據(jù)變異概率，對(duì)步驟S332產(chǎn)生的新個(gè)體進(jìn)行變異操作。
(三)有益效果
本發(fā)明提出了兩跳多中繼譯碼轉(zhuǎn)發(fā)(DF)協(xié)作系統(tǒng)在總功率一定的情況下的基于遺傳算法的自適應(yīng)功率分配和最優(yōu)中繼選擇策略，其可以最小化系統(tǒng)的中斷概率；最優(yōu)功率分配策略大大的提高了系統(tǒng)的性能。


圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例DF中繼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例方法的步驟流程示意圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例方法步驟3的具體步驟流程圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例方法步驟33的具體步驟流程圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例自適應(yīng)功率分配系統(tǒng)和現(xiàn)有技術(shù)等功率分配系統(tǒng)的系統(tǒng)中斷性能對(duì)比曲線圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例系統(tǒng)在不同中繼節(jié)點(diǎn)數(shù)目情況下的系統(tǒng)中斷性能對(duì)比曲線圖7為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例在直傳鏈路不中斷的情況下的自適應(yīng)功率分配系統(tǒng)和現(xiàn)有技術(shù)等功率分配系統(tǒng)的系統(tǒng)中斷性能對(duì)比曲線圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明如下。
如圖1所示，本實(shí)施例的DF中繼系統(tǒng)由一個(gè)源節(jié)點(diǎn)S，一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)d和K個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)…，組成。中繼系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)配備單根天線并采用半雙工的方式。定義系統(tǒng)的總傳輸功率為P，所以源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)的傳輸功率可表示為
Ps = α P(1)
Pr ={l-a)P(2)
式中，Ps為源節(jié)點(diǎn)的傳輸功率，α (0 < α < 1)為功率分配系數(shù)，為最優(yōu)中繼節(jié)點(diǎn)的傳輸功率。因?yàn)橄到y(tǒng)中僅選擇一個(gè)最優(yōu)中繼，所以其他中繼節(jié)點(diǎn)的功率分配均為零。
本實(shí)施例中繼系統(tǒng)的協(xié)作通信分為兩個(gè)階段。在第一階段，源節(jié)點(diǎn)廣播信號(hào)X至所有中繼節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)，其接收信號(hào)可表示為
權(quán)利要求
1.一種DF中繼系統(tǒng)的最優(yōu)中繼選擇和功率分配方法，其特征在于，包括以下步驟51選擇具有最大等效信道增益的中繼節(jié)點(diǎn)作為最優(yōu)中繼節(jié)點(diǎn)；52以源節(jié)點(diǎn)的傳輸功率與所述最優(yōu)中繼節(jié)點(diǎn)的傳輸功率的功率分配比例為變量，得到中繼系統(tǒng)的總中斷概率函數(shù)；53通過遺傳算法求解所述功率分配比例，使中繼系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化系統(tǒng)總中斷概率。
2.如權(quán)利要求1所述的DF中繼系統(tǒng)的最優(yōu)中繼選擇和功率分配方法，其特征在于，步驟S2中所述總中斷概率函數(shù)表示為Pr {outage} = Prs, d {outage} [Prs, r {outage} +Prr, d {outage}]其中，PHoutage}為中繼系統(tǒng)的總中斷概率，Prs,d{0Utage}為源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)鏈路的中斷概率，ft^rloutage}為源節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)鏈路的中斷概率，Pryloutage}為當(dāng)源節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)的鏈路不中斷時(shí)中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)鏈路的中斷概率。
3.如權(quán)利要求1所述的DF中繼系統(tǒng)的最優(yōu)中繼選擇和功率分配方法，其特征在于，步驟S3通過遺傳算法求解功率分配比例的步驟具體包括531隨機(jī)產(chǎn)生初始化的個(gè)體，并設(shè)迭代次數(shù)為0，所述個(gè)體為功率分配比例值；532計(jì)算個(gè)體對(duì)中繼系統(tǒng)的總中斷概率的適應(yīng)度；533根據(jù)步驟S32計(jì)算的適應(yīng)度產(chǎn)生新的個(gè)體；534檢查迭代次數(shù)是否到達(dá)設(shè)定的迭代次數(shù)最大值如果沒有到達(dá)，則將迭代次數(shù)加1后轉(zhuǎn)到步驟S32 ；如果已經(jīng)到達(dá)，則遺傳算法停止并返回最優(yōu)的系統(tǒng)總中斷概率優(yōu)化結(jié)果。
4.如權(quán)利要求3所述的DF中繼系統(tǒng)的最優(yōu)中繼選擇和功率分配方法，其特征在于，所述步驟S31還包括對(duì)隨機(jī)產(chǎn)生初始化的個(gè)體進(jìn)行十進(jìn)制編碼的步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的DF中繼系統(tǒng)的最優(yōu)中繼選擇和功率分配方法，其特征在于，所述步驟S31具體為隨機(jī)產(chǎn)生N個(gè)二進(jìn)制字符串的個(gè)體，其二進(jìn)制字符串長度由預(yù)先設(shè)定的精度來確定，然后將產(chǎn)生的二進(jìn)制個(gè)體轉(zhuǎn)化十進(jìn)制。
6.如權(quán)利要求3所述的DF中繼系統(tǒng)的最優(yōu)中繼選擇和功率分配方法，其特征在于，所述步驟S33具體包括以下步驟5331根據(jù)選擇概率選擇具有高適應(yīng)度的個(gè)體作為父類，并丟棄適應(yīng)度低的個(gè)體；5332根據(jù)交叉概率，對(duì)步驟S331所選的父類進(jìn)行交叉操作，從而產(chǎn)生新一代的個(gè)體；5333根據(jù)變異概率，對(duì)步驟S332產(chǎn)生的新個(gè)體進(jìn)行變異操作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種DF中繼系統(tǒng)的最優(yōu)中繼選擇和功率分配方法，包括以下步驟S1選擇具有最大等效信道增益的中繼節(jié)點(diǎn)作為最優(yōu)中繼節(jié)點(diǎn)；S2以源節(jié)點(diǎn)的傳輸功率與所述最優(yōu)中繼節(jié)點(diǎn)的傳輸功率的功率分配比例為變量，得到中繼系統(tǒng)的總中斷概率函數(shù)；S3通過遺傳算法求解所述功率分配比例，使中繼系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化系統(tǒng)總中斷概率。本發(fā)明的方法可以使中繼系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化的系統(tǒng)總中斷概率，提高中繼系統(tǒng)性能。
文檔編號(hào)H04B7/005GK102545992SQ20111043364
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者侯賓, 俎云宵, 劉剛, 張勇, 李喆, 李巍海, 毛識(shí)博, 蔣于岸, 賈越, 鄭建濤, 鐘昕城, 陳自強(qiáng), 高婧 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)