一種用于高效協(xié)同組播通信中的中繼選擇和功率控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于移動(dòng)通信領(lǐng)域的協(xié)同組播領(lǐng)域，尤其涉及通過(guò)最優(yōu)中繼概率和中繼功率來(lái)實(shí)現(xiàn)高效組播通信。本發(fā)明采用的模型將協(xié)同組播通信的每個(gè)組播分為兩個(gè)時(shí)隙。在第一時(shí)隙，基于在第一個(gè)時(shí)隙中是否成功接收到數(shù)據(jù)，將均勻分布的N個(gè)用戶(hù)劃分為兩個(gè)集合S和F，其中，S代表成功用戶(hù)集，F(xiàn)代表失敗用戶(hù)集。在第二時(shí)隙，成功用戶(hù)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給失敗用戶(hù)。與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明設(shè)計(jì)的最佳中繼概率Pa*和最佳中繼功率值p11*，能實(shí)現(xiàn)協(xié)同組播通信支持任意數(shù)據(jù)傳輸率的能效最大化。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種用于高效協(xié)同組播通信中的中繼選擇和功率控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于移動(dòng)通信領(lǐng)域的協(xié)同組播領(lǐng)域，尤其涉及通過(guò)最優(yōu)中繼概率和中繼功率來(lái)實(shí)現(xiàn)高效組播通信。
【背景技術(shù)】
[0002]組播通信是一種實(shí)現(xiàn)一對(duì)多無(wú)線的有效方案，它主要用于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議電視(IPTV)、移動(dòng)電視(MobileTV)等組播業(yè)務(wù)。在這些業(yè)務(wù)中，不同用戶(hù)需求相同的信息，并且無(wú)線信道具有廣博特性，因此，基站可以使用同一頻率同時(shí)服務(wù)這些用戶(hù)，從而獲得較高的頻譜效率。
[0003]實(shí)際上，用戶(hù)通常處于不同位置，一些用戶(hù)可能獲得較高的數(shù)據(jù)率，而另一些用戶(hù)可能獲得較低的數(shù)據(jù)率。這種數(shù)據(jù)率的不平衡成為組播通信中的主要問(wèn)題。為了滿(mǎn)足位置較差的用戶(hù)對(duì)中繼概率的要求，基站只能以較低的數(shù)據(jù)率進(jìn)行組播通信。這樣就會(huì)浪費(fèi)一部分系統(tǒng)容量，降低組播通信的效率。
[0004]為了解決以上問(wèn)題，人們提出了協(xié)同組播通信技術(shù)，它采用多用戶(hù)分集技術(shù)，將每一組播塊分為兩個(gè)時(shí)隙。基站在第一時(shí)隙以較高的數(shù)據(jù)率把數(shù)據(jù)廣播給各用戶(hù)，其中位置較好的用戶(hù)能成功收到數(shù)據(jù)，稱(chēng)為成功用戶(hù)，而位置較差的用戶(hù)無(wú)法成功收到數(shù)據(jù)，稱(chēng)為失敗用戶(hù)。在第二時(shí)隙，那些成功用戶(hù)可以作為中繼，將其已經(jīng)收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給失敗用戶(hù)。這樣，協(xié)同組播通信系統(tǒng)就可以在滿(mǎn)足所需中斷概率的條件下提升系統(tǒng)的數(shù)據(jù)率。
[0005]在協(xié)同組播通信中，如果所有成功用戶(hù)均作為中繼轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，那么總的中斷概率會(huì)變小，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)最大數(shù)據(jù)傳輸率，但這樣會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)能效降低。然而，若只有少部分成功用戶(hù)作為中繼轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，則中斷概率會(huì)提高但數(shù)據(jù)傳輸率也會(huì)相應(yīng)地降低。因此，實(shí)現(xiàn)組播通信最優(yōu)化中繼選擇尤為重要。雖然現(xiàn)有研究有些致力于提高組播通信的數(shù)據(jù)傳輸率，但不能保證高的系統(tǒng)能效。有些在成功用戶(hù)和失敗用戶(hù)中引入了交互信號(hào)，這在一定程度上可以提高系統(tǒng)能效，但需要為交互信號(hào)分配一定時(shí)隙，從而消耗了額外能量和時(shí)間資源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對(duì)協(xié)同組播通信的中繼選擇問(wèn)題，提出了一種用于高效協(xié)同組播通信中的中繼選擇和功率控制方法。
[0007]為了方便地描述本發(fā)明的內(nèi)容，首先對(duì)本發(fā)明中所使用的屬于和模型進(jìn)行定義:
[0008]基站(Basic Station, BS):第一時(shí)隙中的信號(hào)發(fā)射端。
[0009]用戶(hù)(UserEquipment, UE):信號(hào)接收端。
[0010]能效(Energy Efficiency, η):用戶(hù)接收到的數(shù)據(jù)總量與系統(tǒng)消耗的總能量的比值。
[0011]中斷概率(Outage probability, Q):用戶(hù)未成功收到數(shù)據(jù)的概率,其中，Q1為第一時(shí)隙中用戶(hù)未成功收到數(shù)據(jù)的概率，Q2為第二時(shí)隙中用戶(hù)未成功收到數(shù)據(jù)的概率。[0012]成功用戶(hù):在系統(tǒng)中能夠獲得較高的數(shù)據(jù)率的用戶(hù)。
[0013]失敗用戶(hù):在系統(tǒng)中只能獲得較低的數(shù)據(jù)率的用戶(hù)。
[0014]如圖1所示，本發(fā)明采用的模型將協(xié)同組播通信的每個(gè)組播分為兩個(gè)時(shí)隙。在第一時(shí)隙，基于在第一個(gè)時(shí)隙中是否成功接收到數(shù)據(jù)，將均勻分布的N個(gè)用戶(hù)劃分為兩個(gè)集合S和F，其中，S代表成功用戶(hù)集，F(xiàn)代表失敗用戶(hù)集。在第二時(shí)隙，成功用戶(hù)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給失敗用戶(hù)。
[0015]本發(fā)明的目的是通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)的:
[0016]S1、基于雙時(shí)隙組播通信的總數(shù)據(jù)量和能耗問(wèn)題，建立關(guān)于最優(yōu)中繼概率Pa和最優(yōu)中繼功率P11的系統(tǒng)能效η的模型，具體如下:
[0017]S11、在第一時(shí)隙中，對(duì)于第i個(gè)用戶(hù)，設(shè)基站的發(fā)射功率Sp1，組播用戶(hù)的噪聲功率為Pn，系統(tǒng)帶寬為B,組播用戶(hù)信道的大尺度衰落系數(shù)為gi;小尺度衰落系數(shù)為hi,則第i
個(gè)用戶(hù)和基站之間的信道容量表達(dá)式為
【權(quán)利要求】
1.一種用于高效協(xié)同組播通信中的中繼選擇和功率控制方法，其特征在于，包括以下步驟: .51、基于雙時(shí)隙組播通信的總數(shù)據(jù)量和能耗問(wèn)題，建立關(guān)于最優(yōu)中繼概率Pa和最優(yōu)中繼功率P11的系統(tǒng)能效n的模型，具體如下: Sn、在第一時(shí)隙中，對(duì)于第i個(gè)用戶(hù)，設(shè)基站的發(fā)射功率Sp1，組播用戶(hù)的噪聲功率為Pn，系統(tǒng)帶寬為B，組播用戶(hù)信道的大尺度衰落系數(shù)為gi，小尺度衰落系數(shù)為h，則第i個(gè)用戶(hù)和基站之間的信道容量表達(dá)式為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高效協(xié)同組播通信中的中繼選擇和功率控制方法，其特征在于:S21所述Q1 (d)求取方法如下: s211、設(shè)用戶(hù)均勻分布在以基站為圓心，半徑為R的范圍內(nèi)，則當(dāng)距基站距離為I時(shí)，I的概率分布函數(shù)表達(dá)式為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于高效協(xié)同組播通信中的中繼選擇和功率控制方法，其特征在于:S22所述Q11 (d)求取方法如下: S221、在第二時(shí)隙中，當(dāng)成功用戶(hù)作為中繼轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，成功用戶(hù)只能將數(shù)據(jù)成功轉(zhuǎn)發(fā)給所述成功用戶(hù)為圓心，半徑為r的圓內(nèi)的失敗用戶(hù)，其中，失敗用戶(hù)組成的半徑為r的圓與以基站為圓心半徑為d的圓外切； S222、近似認(rèn)為第一時(shí)隙以后處于圓環(huán)區(qū)域d-r< I ( d+r內(nèi)的各用戶(hù)中斷概率相同，則在所述圓環(huán)區(qū)域d-r≤I ( d+r內(nèi)的用戶(hù)和基站之間的信道容量累積分布函數(shù)為
【文檔編號(hào)】H04W52/46GK104010341SQ201410247353
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】趙國(guó)棟, 石伍昱, 周文麗, 陳智, 李少謙 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)