一种面向端到端通信信道容量优化的协同多播传输方法技术

本发明专利技术公开了一种面向端到端通信信道容量优化的协同多播传输方法。考虑到协同中继可有效地缓解衰落带来衰落的影响，从而利用空间分集技术提升网络的吞吐量，本方法提出为使移动通信网络中单小区内端到端通信用户采取协同多播模式时的信道容量最大化，同时为避免对小区内其他节点造成过多干扰要求端到端通信用户需做到发射功率总和有限，可通过建立协同中继信道容量最大化目标函数来求得小区基站给各个中继节点设定的发射功率从而实现信道容量优化下的协同多播传输。容量优化下的协同多播传输。

【技术实现步骤摘要】
一种面向端到端通信信道容量优化的协同多播传输方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，具体涉及要一种在移动通信网络中为最大化端到端信道容量而调整控制协同中继节点发射功率实现协同多播传输的方法。

技术介绍

[0002]D2D(Device to Device,端到端)通信可在蜂窝移动通信的基础上，不借助基站而进行的移动用户之间短距离的直接通信，与蜂窝用户共享有限的频谱资源，并降低数据传输的功率消耗，从而有效提升整个网络的频谱效率和能量效率。D2D用户在与蜂窝用户共享频谱资源的同时，会给基站与蜂窝用户之间的通信引入干扰。在协同中继技术中，节点在通信方面互相帮助，提高通信质量。其主要优点是改善了衰落、路径损耗、阴影、小覆盖和低信噪比的影响，达到了增加带宽可用性和频谱利用率的效果。中继节点不只用于中继，这些节点还传输自己的信息。中继其它节点的信息是在自愿基础上进行的，同时中继节点还为远程设备提供了更高的网络连接性。设备的能耗取决于要发送或接收的数据量、源节点和目的节点之间的距离。源与目的地之间的距离越大，可靠传输所需的功率就越高。高功率传输会导致节点的电池消耗更快，从而缩短其电池寿命。而中继节点在此时可以缩短它们之间的距离以提高能量效率，也可以协助减轻无线信道在传输中的衰落影响。通过使用多个中继，网络的整体吞吐量可以得到有效地提高。在远程传输和分层网络中，中继方式是一种非常经济高效的解决方案，同时协同中继可有效地缓解衰落带来衰落的影响，从而利用空间分集技术提升网络的吞吐量。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的主要技术问题是：为使移动通信网络中单小区内端到端通信用户采取协同多播模式时的信道容量最大化且端到端通信用户需做到发射功率总和有限，通过建立协同中继信道容量最大化目标函数来求得小区基站给各个中继节点设定的发射功率来实现。
[0004]本专利技术所提供的技术方案，包括如下内容：
[0005]设在移动通信网络中单小区内有M+2个低速移动且采取协同多播模式的D2D通信用户，其中中继节点为M个，源节点1个，目的节点1个，源节点的发射功率为p
D
且到目的节点的无线信道衰落系数为h
D
，中继节点m的发射功率为p
m
且到目的节点的无线信道衰落系数为h
m
，其中1≤m≤M，中继节点需满足以避免对小区内其他节点造成过多干扰，其中p
MAX
为中继节点的总发射功率门限，目的节点处的高斯白噪声为N0，中继节点的高斯白噪声为N
r
，中继采用放大
‑
转发中继，则为调整中继节点的发射功率使协同中继信道容量最大化且满足总发射功率门限可建立协同中继信道容量最大化目标函数：
[0006][0007]其中，λ为拉格朗日乘数；
[0008]由C(p
m
,λ)对p
m
求一阶导数可得：
[0009][0010]考虑到当M较大时，可令其中l为中间变量；
[0011]C(p
m
,λ)对p
m
的二阶导数可表示如下：
[0012][0013]当时，存在可知存在p
m
可使C(p
m
,λ)满足最大化条件；
[0014]令
[0015]则由可得：
[0016][0017][0018]考虑到则当C(p
m
,λ)最大化时，应当等于p
MAX
，由此可得：
[0019][0020]由此可得当C(p
m
,λ)最大化时p
m
的理论值表达式：
[0021][0022]其中，c为中间变量；
[0023]可根据以下面向端到端通信信道容量优化的协同多播传输步骤来实现采取协同多播模式的端到端通信用户实际发射功率和协同多播的设置过程：
[0024]步骤1：在小区基站安排D2D通信用户计划进行协同多播前，D2D通信用户先发送训练序列从而获取到目的节点的无线信道衰落系数，然后把无线信道衰落和噪声状况报告给小区基站；
[0025]步骤2：小区基站根据中继节点到目的节点的无线信道衰落系数，依次选择无线信道衰落最严重的L个中继节点不参与协同通信，而后将剩余的M
‑
L个中继节点作为参与协同多播的节点，并将其初始发射功率置为设置迭代次数t为0；
[0026]步骤3：迭代次数t加1，中继节点可通过以下p
m
的理论值表达式来计算：
[0027][0028]其中
[0029]若则结束步骤3进入步骤4，其中θ
Γ
为迭代误差门限，否则重复进入步骤3；
[0030]步骤4：小区基站将最终得到的p
m
(t)通过广播告诉中继节点，则当多播帧开始时，中继节点进入协同多播模式开始传输数据。
附图说明
[0031]图1：具体实施例中平均迭代误差与迭代次数的关系图；
[0032]图2：具体实施例中通过面向端到端通信信道容量优化的协同多播传输步骤给出的中继节点发射功率状况。
具体实施方式
[0033]以下将结合具体实施例对本专利技术提供的技术方案进行详细说明。
[0034]设在移动通信网络中半径为80m的单小区内有22个低速移动且采取协同多播模式的D2D通信用户，其中中继节点为M＝20个，源节点1个，目的节点1个，源节点的发射功率为p
D
且到目的节点的无线信道衰落系数为h
D
，中继节点m的发射功率为p
m
且到目的节点的无线信道衰落系数为h
m
，其中1≤m≤M，中继节点需满足以避免对小区内其他节点造成过多干扰，其中中继节点的总发射功率门限p
MAX
设置为15w，目的节点处的高斯白噪声N0和中继节点的高斯白噪声N
r
的功率谱密度皆设为
‑
174dbM/Hz，传输带宽设为2M，中继采用放大
‑
转发中继，则为调整中继节点的发射功率使协同中继信道容量最大化且满足总发射功率门限可建立协同中继信道容量最大化目标函数：
[0035][0036]其中，λ为拉格朗日乘数；
[0037]由C(p
m
,λ)对p
m
求一阶导数可得：
[0038][0039]考虑到当M＝20时，可令其中l为中间变量；
[0040]C(p
m
,λ)对p
m
的二阶导数可表示如下：
[0041][0042]当时，存在可知存在p
m
可使C(p
m
,λ)满足最大化条件；
[0043]令
[0044]则由可得：
[0045][0046]考虑到则当C(p
m
,λ)最大化时，应当等于p
MAX
，由此可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向端到端通信信道容量优化的协同多播传输方法，其特征在于，包括：协同中继信道容量最大化目标函数；采取协同多播模式的端到端通信用户作为中继节点时发射功率的理论值表达式；面向端到端通信信道容量优化的协同多播传输步骤。2.根据权利要求1所述的一种面向端到端通信信道容量优化的协同多播传输方法，其特征在于，所述协同中继信道容量最大化目标函数需设在移动通信网络中单小区内有包括中继节点为M个、源节点1个和目的节点1个的低速移动且采取协同多播模式的端到端通信用户状况时，为调整中继节点的发射功率使协同中继信道容量最大化且满足总发射功率门限。3.根据权利要求1所述的一种面向端到端通信信道容量优化的协同多播传输方法，其特征在于，所述协同中继信道容量最大化目标函数具体可表示为：其中，源节点的发射功率为p
D
且到目的节点的无线信道衰落系数为h
D
，中继节点m的发射功率为p
m
且到目的节点的无线信道衰落系数为h
m
，且1≤m≤M，M为中继节点的个数，中继节点需满足以避免对小区内其他节点造成过多干扰，其中p
MAX
为中继节点的总发射功率门限，目的节点处的高斯白噪声为N0，中继节点的高斯白噪声为N
r
...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄隆胜，祝钰，谢婉琪，
申请(专利权)人：赣南师范大学，
类型：发明
国别省市：