一種無線多播系統(tǒng)中的聯(lián)合中繼選擇與資源分配方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線多播系統(tǒng)中的聯(lián)合中繼選擇與資源分配方法，所述方法包括如下步驟：S1基站對(duì)小區(qū)內(nèi)所有的用戶信道質(zhì)量信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；S2基站根據(jù)D2D用戶反饋的CQI等級(jí)，確定第一階段傳輸速率；S3基站根據(jù)當(dāng)前CQI等級(jí)，得到第二階段可用作中繼的N個(gè)ACK用戶集合，根據(jù)干擾協(xié)調(diào)的資源分配方法得到干擾協(xié)調(diào)矩陣；S4該步驟通過對(duì)比不同CQI等級(jí)下的速率，記錄最優(yōu)配置方案及多播傳輸速率；S5基站判斷是否達(dá)到迭代停止條件；S6基站根據(jù)記錄的最優(yōu)CQI等級(jí)下的最優(yōu)蜂窩用戶資源與中繼組合(k,r)，執(zhí)行兩階段協(xié)作多播傳輸。本發(fā)明通過協(xié)調(diào)兩階段多播傳輸速率，在提高多播服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)，充分利用資源分配策略對(duì)干擾進(jìn)行管理，提高多播傳輸?shù)乃俾省?br>【專利說明】
-種無線多播系統(tǒng)中的聯(lián)合中繼選擇與資源分配方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種無線多播系統(tǒng)中的聯(lián)合中繼選擇與 資源分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著通信的快速發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)資源越來越緊張，多播作為可W有效的提升頻譜 資源利用率的一項(xiàng)技術(shù)，在某些無線通信系統(tǒng)中深受關(guān)注，比如大數(shù)據(jù)流傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)電視 (IPTV)、視頻會(huì)議W及多媒體廣播多播服務(wù)的LTE系統(tǒng)等，多播機(jī)制是一對(duì)多傳輸服務(wù)機(jī) 審IJ，但其傳輸速率受限于其最差鏈路狀態(tài)，兩階段協(xié)作多播策略可W有效改善多播速率受 限問題，現(xiàn)有的研究成果表明，通過有效的中繼選擇，能夠有效的提升多播傳輸?shù)乃俾?，?運(yùn)種機(jī)制中，第一階段信源端成功接收到信息的用戶(ACK)，在第二階段幫助向未成功接收 到信息的用戶(NACK)重傳信息。
[0003] 為了滿足無線網(wǎng)絡(luò)更高速率并提升頻譜資源使用效率的要求，人們研究了各種各 樣的頻譜共享方法，D2D(Device-t〇-Device)通信作為一種近距離傳輸技術(shù)，可W通過復(fù)用 蜂窩網(wǎng)絡(luò)的頻譜資源，并繞過基站進(jìn)行通信，在速率提升和頻譜使用效率方面都帶來了極 大的提升，能夠緩解頻譜資源短缺狀況。針對(duì)一些多播用戶群組較為集中的場景，如體育 館、音樂廳、圖書館等場所，D2D協(xié)助的協(xié)作多播機(jī)制發(fā)揮了D2D通信和多播的雙重優(yōu)勢，在 譜效和能效上都有了較大改善，得到了極大的關(guān)注。
[0004] 針對(duì)D2D協(xié)助的協(xié)作多播場景，近些年學(xué)術(shù)界已經(jīng)展開了廣泛的研究，并取得了一 些研究成果。2013年Bin Zhou等在"I邸E Transactions on Vehicular Technology"(《國 際電氣電子工程師協(xié)會(huì)車輛技術(shù)匯刊》）（2013年6月第62卷）發(fā)表的"Intra-Cluster Device-to-Device Relay Algorithm with Optimal Resource Utilization"(《優(yōu)化資源 利用率的簇內(nèi)D2D中繼選擇算法研究》）中提出D2D協(xié)助的協(xié)作多播場景，研究一種基于固定 族群的協(xié)作多播機(jī)制，通過在通信之前劃分族群，在協(xié)作多播的第二階段，使用D2D通信在 族群內(nèi)選擇合適中繼數(shù)量的重傳信息，優(yōu)化系統(tǒng)的資源利用率，可W實(shí)現(xiàn)更高速率的傳輸。 然而該文的分析是基于D2D通信和蜂窩用戶通信分配了正交資源，即覆蓋式D2D通信技術(shù)， 雖然運(yùn)種形式可W保證蜂窩通信與D2D通信干擾的避免，但是也一定程度上占用了過多蜂 窩用戶的時(shí)間或者頻譜資源，并且需要有效的頻譜預(yù)測。
[0005] 2015年Leonardo Militano等在"I邸E Transactions on Broadcasting"(《國際 電氣電子工程師協(xié)會(huì)廣播匯刊》）（2015年6月第61卷）發(fā)表的"Single frequen巧-based device-t〇-device-enhanced video delivery for evolved multimedia broadcast and multicast services"(《面向演進(jìn)多媒體廣播/多播業(yè)務(wù)的單頻D2D增強(qiáng)視頻傳輸》）中考慮 采用下墊式化nderlay)D2D協(xié)助的協(xié)作多播場景，研究一種基于單頻網(wǎng)絡(luò)的多播服務(wù)配置 機(jī)制，通過一種有效的中繼選擇與資源塊分配機(jī)制，能夠極大的提升多播服務(wù)傳輸速率，由 于該文是分析的單頻網(wǎng)絡(luò)下的D2D協(xié)作多播傳輸，但文章假設(shè)D2D用戶足夠遠(yuǎn)，W避免相互 之間的干擾，并且下墊式復(fù)用方式需要有效的協(xié)調(diào)蜂窩用戶與D2D用戶之間的干擾問題，不 適用于多播用戶在小范圍內(nèi)分布的場景。此外，該文并沒有考慮D2D重傳用戶與其復(fù)用的蜂 窩用戶之間的干擾管理問題，而D2D重傳用戶與其復(fù)用的蜂窩用戶之間的互干擾對(duì)系統(tǒng)速 率有較大的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種無線多播系 統(tǒng)中的聯(lián)合中繼選擇與資源分配方法，并通過協(xié)調(diào)兩階段多播傳輸速率，在提高多播服務(wù) 質(zhì)量的同時(shí)，充分利用資源分配策略對(duì)干擾進(jìn)行管理，提高多播傳輸?shù)乃俾省?br>[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種無線多播系統(tǒng)中的聯(lián)合中繼選擇與資源分配 方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：
[0008] S1、基站對(duì)小區(qū)內(nèi)所有的用戶信道質(zhì)量信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；
[0009] S2、基站根據(jù)D2D用戶反饋的CQI等級(jí)，首先選擇一個(gè)最低的CQI等級(jí)，并對(duì)應(yīng)相應(yīng) 的MCS等級(jí)選擇一特定速率，作為第一階段傳輸速率；
[0010] S3、基站根據(jù)當(dāng)前CQI等級(jí)，得到第二階段可用作中繼的N個(gè)ACK用戶集合，W及未 成功接收信息的J個(gè)NACK用戶集合；同時(shí)，根據(jù)干擾協(xié)調(diào)的資源分配方法得到干擾協(xié)調(diào)矩 陣；
[0011] S4、根據(jù)S3得到的干擾協(xié)調(diào)矩陣W及S1中獲取的各用戶之間的鏈路增益，尋找其 最優(yōu)蜂窩用戶資源與中繼組合，并計(jì)算該最優(yōu)速率值，此外，該步驟通過對(duì)比不同CQI等級(jí) 下的速率，記錄最優(yōu)配置方案及多播傳輸速率；
[0012] S5、基站判斷是否達(dá)到迭代停止條件，若達(dá)到迭代停止條件，則停止迭代，并轉(zhuǎn)到 S6,否則，由低到高選擇下一個(gè)CQI等級(jí)作為第一階段的多播傳輸?shù)燃?jí)并轉(zhuǎn)到S3;
[0013] S6、基站根據(jù)記錄的最優(yōu)CQI等級(jí)下的最優(yōu)蜂窩用戶資源與中繼組合化，r)，執(zhí)行 兩階段協(xié)作多播傳輸，其中，keK表示K個(gè)蜂窩用戶中第k個(gè)蜂窩用戶的頻譜資源，reN表示 N個(gè)ACK用戶中第r個(gè)ACK用戶作為中繼。
[0014] 進(jìn)一步地，所述步驟S1的具體方法如下：
[0015] 1.1)多播群組內(nèi)的D2D用戶將自身與基站的信道質(zhì)量信息通過每個(gè)用戶的專用信 道，反饋CQI等級(jí)給基站，基站對(duì)所有多播D2D用戶的CQI等級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，記cme {1，2,.. .，C} 為第m(meM)個(gè)D2D用戶的CQI等級(jí)，CQI的等級(jí)和所支持的MCS(調(diào)制與編碼策略)有關(guān)系，對(duì) 于一個(gè)給定的MCS值1，可達(dá)速率與頻譜帶寬W及對(duì)應(yīng)的MCS的編碼效率有關(guān)；
[0016] 1.2)基站對(duì)D2D用戶之間、D2D用戶與蜂窩用戶之間的信道質(zhì)量信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并 得至化2D用戶之間的信道鏈路增益矩陣gx,y = A|hx,y|2|dx,yΓ其中x，yEM且x聲y，W及D2D用 戶與蜂窩用戶之間的距離矩陣di,k其中iEM，kEK，上述公式中hx,y表示用戶X與用戶y之間 的小尺度信道衰落，運(yùn)里使用零均值、方差為1的圓周對(duì)稱復(fù)高斯隨機(jī)變量表示，也就是hx,y ~CN(0，1)，A為信道增益常數(shù)，dx,y表示用戶X與用戶y之間的距離，為路徑損耗系數(shù)，K表示 蜂窩用戶總數(shù)量。
[0017] 進(jìn)一步地，所述步驟S2的具體方法如下:基站根據(jù)D2D用戶反饋的CQI等級(jí)，并選擇 其中最小值1進(jìn)行迭代初始化設(shè)置，確定該等級(jí)下的MCS并選擇最小傳輸速率進(jìn)行第一階段 多播傳輸，并記錄其傳輸速率Ri。
[0018] 進(jìn)一步地，所述步驟S3的具體方法如下：
[0019] 3.1)根據(jù)S2中確定一階段傳輸速率Ri，統(tǒng)計(jì)可用作中繼的N個(gè)ACK用戶集合Si={r e ΜI cr > 1}，W及未成功接收信息的J個(gè)NACK用戶集合專={/ e Μ \別C,. < /}，其中r表示ACK 用戶，j表示NACK用戶，其中r表示ACK用戶，j表示NACK用戶，cr為中繼所對(duì)應(yīng)的CQI等級(jí)，1為 當(dāng)前第一階段多播傳輸對(duì)應(yīng)的CQI等級(jí)；
[0020] 3.2)基站使用干擾協(xié)調(diào)的資源分配方法，選擇出最優(yōu)的復(fù)用關(guān)系，并得到干擾協(xié) 調(diào)矩陣、，資源分配方式是W距離為準(zhǔn)則，為每個(gè)可用的NACK用戶尋找距離其最遠(yuǎn)的蜂窩 用戶，作為復(fù)用對(duì)象，即
其中干擾協(xié)調(diào)矩陣為一組IX J的矩陣，分別記 錄著J個(gè)NACK用戶距離最遠(yuǎn)的蜂窩用戶k。
[0021 ] 進(jìn)一步地，所述步驟S4的具體方法如下：
[0022] 4.1)基站根據(jù)S1統(tǒng)計(jì)的信道質(zhì)量信息和S3所得到的干擾協(xié)調(diào)矩陣、，首先由多播 最差鏈路速率計(jì)算公式
計(jì)算出干擾協(xié)調(diào)后的速 率集合矩陣Cr，其中阱,j = A|hk,j|2|dk,jΓ，No為獨(dú)立零均值加性高斯白噪聲(AWGN)的方差，B 為傳輸帶寬，其中干擾信道增益gM中的k與j的組合可由干擾協(xié)調(diào)矩陣^得到；
[0023] 4. 2)根據(jù)最優(yōu)中繼選擇方案，在所有中繼re N中選擇出最優(yōu)中繼，即
作為最優(yōu)傳輸中繼，并記錄最優(yōu)中繼時(shí)對(duì)應(yīng)的蜂窩用戶資源記錄此時(shí) 的最優(yōu)多播傳輸組合化，并計(jì)算多播傳輸速率
[0024]
[0025] 其中，jw表示對(duì)應(yīng)最優(yōu)中繼時(shí)，信道質(zhì)量最差的NACK用戶
[0026] 4.3)通過與每次迭代不同CQI等級(jí)算出的最優(yōu)多播傳輸速率對(duì)比，選擇最佳的多 播方案，記錄最優(yōu)CQI等級(jí)，W及該等級(jí)下的最優(yōu)蜂窩用戶資源與中繼配置組合化及其 最優(yōu)速率。
[0027] 進(jìn)一步地，所述步驟S5的具體方法如下：
[0028] 通過步驟S4的對(duì)比計(jì)算，得到當(dāng)前最優(yōu)的多播傳輸速率W及最優(yōu)配置組合（k^ ，需要在當(dāng)前判斷是否終止迭代過程，當(dāng)遇到下面兩種情況時(shí)，本次配置迭代停止，并輸 出最優(yōu)配置方案，轉(zhuǎn)到S6,否則，選擇下一個(gè)CQI等級(jí)作為第一階段的多播傳輸?shù)燃?jí)并轉(zhuǎn)到 S3；
[00巧]迭代停止條件為：
[0030] 1)某CQI值情況下，第二階段中的ACK用戶數(shù)量不足，W至于無法成功的服務(wù)所有 NACK用戶，該限制用多播速率比較來限制，當(dāng)最優(yōu)中繼的多播速率小于傳統(tǒng)直接多播速率 時(shí)，視為條件成立；
[0031] 2)當(dāng)CQI等級(jí)值達(dá)到了基站所收集到CQI等級(jí)集合中的最大值時(shí)，隨著CQI等級(jí)的 由低到高的迭代，也就意味著基站的多播速率也越來越大，勢必導(dǎo)致越來越多的用戶接收 不到信息，也就有更大概率遇到迭代停止條件。
[0032] 進(jìn)一步地，所述步驟S6的具體方法如下：
[0033] 根據(jù)上述過程得到可W使得多播系統(tǒng)速率最大的多播配置方案，基站選擇最優(yōu) CQI等級(jí)對(duì)應(yīng)的多播速率執(zhí)行第一階段的多播，然后選擇最優(yōu)資源與中繼對(duì)化執(zhí)行第 二階段的重傳任務(wù)。
[0034] 本發(fā)明的有益效果是：
[0035] 1、本發(fā)明在下墊式D2D協(xié)助的協(xié)作多播場景中，為提升多播系統(tǒng)的傳輸速率，滿足 多播服務(wù)的質(zhì)量公平性，針對(duì)D2D用戶與蜂窩用戶之間的干擾問題，設(shè)計(jì)了一種聯(lián)合中繼選 擇與資源分配算法，有效的協(xié)調(diào)了干擾對(duì)多播性能的影響，提升了多播系統(tǒng)的傳輸速率，充 分說明了本發(fā)明方案的有效性。
[0036] 2、本發(fā)明在處理聯(lián)合中繼選擇與資源分配方法時(shí)，通過分步處理聯(lián)合優(yōu)化問題， 先根據(jù)距離優(yōu)先算法選擇復(fù)用的信道資源，再根據(jù)前一步的結(jié)果選擇最優(yōu)中繼，降低了最 優(yōu)算法的復(fù)雜度，減小了多播系統(tǒng)的開銷，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。
[0037] 3、本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種協(xié)調(diào)兩階段多播速率的迭代算法，選擇在不同多播速率下的 最優(yōu)傳輸速率W及資源和中繼選擇方案，充分利用了兩階段多播的優(yōu)勢，提升系統(tǒng)的多播 速率，具有一定的自適應(yīng)性。
[0038] W下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，W 充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
【附圖說明】
[0039] 圖1為本發(fā)明使用的D2D協(xié)助的協(xié)作多播第一階段系統(tǒng)模型圖；
[0040] 圖2為本發(fā)明使用的D2D協(xié)助的協(xié)作多播第二階段系統(tǒng)模型圖；
[0041 ]圖3為本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)總流程圖；
[0042] 圖4為本發(fā)明與其他方案隨著D2D用戶數(shù)量變化的多播聚合速率性能對(duì)比圖；
[0043] 圖5為本發(fā)明與其他方案隨著蜂窩用戶數(shù)量變化的多播聚合速率性能對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044] D2D協(xié)助的多播服務(wù)中聯(lián)合中繼選擇與資源分配方法，是基于一個(gè)W基站為中屯、 的小區(qū)內(nèi)，其中有Μ個(gè)D2D多播用戶成簇分布，且有K個(gè)蜂窩用戶在小區(qū)內(nèi)均勻分布，其中只 有D2D多播用戶參與多播服務(wù)，蜂窩用戶只提供復(fù)用的頻譜資源。多播簇內(nèi)各用戶通過測量 與基站之間的瞬時(shí)信道增益，并將其量化為CQI(信道質(zhì)量指示)值反饋給基站，此外，基站 還將收集站內(nèi)所有用戶之間的距離W及用戶與用戶之間的信道增益?；咀鳛橄到y(tǒng)調(diào)度的 執(zhí)行者，首先按照多播用戶反饋的最低CQI等級(jí)所對(duì)應(yīng)的MCS(調(diào)制編碼機(jī)制)選擇一個(gè)特定 速率，作為一階段傳輸速率時(shí)，得到一些ACK用戶與NACK用戶，并通過中繼選擇及資源分配， 得到一組使得多播系統(tǒng)傳輸速率最大的中繼用戶和蜂窩用戶資源對(duì)，并記錄該CQI值下對(duì) 應(yīng)的多播傳輸速率;然后再選擇下一 CQI等級(jí)，并重復(fù)上一過程，并比較與前一 CQI等級(jí)時(shí)多 播速率的大??；重復(fù)CQI等級(jí)的迭代過程，滿足迭代停止條件為止，得到最優(yōu)傳輸CQI等級(jí)， W及蜂窩用戶資源和中繼的組合化，r)，完成多播配置并執(zhí)行多播過程。
[0045] 如圖1、2所示，本發(fā)明考慮一個(gè)帶有D2D通信的LTE-A單蜂窩小區(qū)場景，基站在小區(qū) 的中間，基站的作用是對(duì)兩階段的無線電資源進(jìn)行有效的分配，起到集中式管理的作用，并 且通過多播服務(wù)體系多播信息給需求用戶。該場景中有兩種用戶設(shè)備，蜂窩用戶設(shè)備與D2D 用戶設(shè)備，其數(shù)量分別為K與M。其中OJE用戶獨(dú)立通信，不參與多播服務(wù)，Μ個(gè)D2的受備較近的 分布在一起形成一個(gè)D2D多播族群并受基站控制，協(xié)作多播服務(wù)分成兩個(gè)階段進(jìn)行完成。
[0046] 如圖3所示，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0047] -種無線多播系統(tǒng)中的聯(lián)合中繼選擇與資源分配方法，其特征在于，所述方法包 括如下步驟：
[0048] S1、基站對(duì)小區(qū)內(nèi)所有的用戶信道質(zhì)量信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；
[0049] S2、基站根據(jù)D2D用戶反饋的CQI等級(jí)，首先選擇一個(gè)最低的CQI等級(jí)，并對(duì)應(yīng)相應(yīng) 的MCS等級(jí)選擇一特定速率，作為第一階段傳輸速率；
[0050] S3、基站根據(jù)當(dāng)前CQI等級(jí)，得到第二階段可用作中繼的N個(gè)ACK用戶集合，W及未 成功接收信息的J個(gè)NACK用戶集合；同時(shí)，根據(jù)干擾協(xié)調(diào)的資源分配方法得到干擾協(xié)調(diào)矩 陣；
[0051] S4、根據(jù)S3得到的干擾協(xié)調(diào)矩陣W及S1中獲取的各用戶之間的鏈路增益，尋找其 最優(yōu)蜂窩用戶資源與中繼組合，并計(jì)算該最優(yōu)速率值，此外，該步驟通過對(duì)比不同CQI等級(jí) 下的速率，記錄最優(yōu)配置方案及多播傳輸速率；
[0052] S5、基站判斷是否達(dá)到迭代停止條件，若達(dá)到迭代停止條件，則停止迭代，并轉(zhuǎn)到 S6,否則，由低到高選擇下一個(gè)CQI等級(jí)作為第一階段的多播傳輸?shù)燃?jí)并轉(zhuǎn)到S3;
[0053] S6、基站根據(jù)記錄的最優(yōu)CQI等級(jí)下的最優(yōu)蜂窩用戶資源與中繼組合化，r)，執(zhí)行 兩階段協(xié)作多播傳輸，其中，keK表示K個(gè)蜂窩用戶中第k個(gè)蜂窩用戶的頻譜資源，reN表示 N個(gè)ACK用戶中第r個(gè)ACK用戶作為中繼。
[0054] 本實(shí)施例中，所述步驟S1的具體方法如下：
[0055] 1.1)多播群組內(nèi)的D2D用戶將自身與基站的信道質(zhì)量信息通過每個(gè)用戶的專用信 道，反饋CQI等級(jí)給基站，基站對(duì)所有多播D2D用戶的CQI等級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，記cme {1，2,.. .，C} 為第m(meM)個(gè)D2D用戶的CQI等級(jí)，CQI的等級(jí)和所支持的MCS(調(diào)制與編碼策略)有關(guān)系，對(duì) 于一個(gè)給定的MCS值1，可達(dá)速率與頻譜帶寬W及對(duì)應(yīng)的MCS的編碼效率有關(guān)；
[0056] 1.2)基站對(duì)D2D用戶之間、D2D用戶與蜂窩用戶之間的信道質(zhì)量信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并 得至化2D用戶之間的信道鏈路增益矩陣gx,y = A|hx,y|2|dx,yΓ其中x，yEM且x聲y，W及D2D用 戶與蜂窩用戶之間的距離矩陣di,k其中iEM，kEK，上述公式中hx,y表示用戶X與用戶y之間 的小尺度信道衰落，運(yùn)里使用零均值、方差為1的圓周對(duì)稱復(fù)高斯隨機(jī)變量表示，也就是hx,y ~CN(0，1)，A為信道增益常數(shù)，dx,y表示用戶X與用戶y之間的距離，為路徑損耗系數(shù)。
[0057] 本實(shí)施例中，所述步驟S2的具體方法如下:基站根據(jù)D2D用戶反饋的CQI等級(jí)，并選 擇其中最小值1進(jìn)行迭代初始化設(shè)置，確定該等級(jí)下的MCS并選擇最小傳輸速率進(jìn)行第一階 段多播傳輸，并記錄其傳輸速率Ri。
[0058] 本實(shí)施例中，所述步驟S3的具體方法如下：
[0059] 3.1)根據(jù)S2中確定一階段傳輸速率Ri，統(tǒng)計(jì)可用作中繼的N個(gè)ACK用戶集合Si={r eM|。W及未成功接收信息的J個(gè)NACK用戶集合=1/臣MVS, I Cj. </}，其中r表示ACK 用戶，j表示NACK用戶，其中r表示ACK用戶，j表示NACK用戶，為中繼所對(duì)應(yīng)的CQI等級(jí)，1為 當(dāng)前第一階段多播傳輸對(duì)應(yīng)的CQI等級(jí)；
[0060] 3.2)基站使用干擾協(xié)調(diào)的資源分配方法，選擇出最優(yōu)的復(fù)用關(guān)系，并得到干擾協(xié) 調(diào)矩陣、，資源分配方式是W距離為準(zhǔn)則，為每個(gè)可用的NACK用戶尋找距離其最遠(yuǎn)的蜂窩 用戶，作為復(fù)用對(duì)象，即
其中干擾協(xié)調(diào)矩陣為一組IX J的矩陣，分別記 錄著J個(gè)NACK用戶距離最遠(yuǎn)的蜂窩用戶k。
[0061 ]本實(shí)施例中，所述步驟S4的具體方法如下：
[0062] 4.1)基站根據(jù)S1統(tǒng)計(jì)的信道質(zhì)量信息和S3所得到的干擾協(xié)調(diào)矩陣、，首先由多播 最差鏈路速率計(jì)算公式
計(jì)算出干擾協(xié)調(diào)后的速 率集合矩陣Cr，其中阱,j = A|hk,j|2|dk,jΓ，No為獨(dú)立零均值加性高斯白噪聲(AWGN)的方差，B 為傳輸帶寬，其中干擾信道增益gM中的k與j的組合可由干擾協(xié)調(diào)矩陣^得到；
[0063] 4. 2)根據(jù)最優(yōu)中繼選擇方案，在所有中繼re N中選擇出最優(yōu)中繼，即
作為最優(yōu)傳輸中繼，并記錄最優(yōu)中繼時(shí)對(duì)應(yīng)的蜂窩用戶資源記錄此時(shí) 的最優(yōu)多播傳輸組合化，并計(jì)算多播傳輸速率
[0064]
[0065] 其中，jw表示對(duì)應(yīng)最優(yōu)中繼時(shí)，信道質(zhì)量最差的NACK用戶。
[0066] 4.3)通過與每次迭代不同CQI等級(jí)算出的最優(yōu)多播傳輸速率對(duì)比，選擇最佳的多 播方案，記錄最優(yōu)CQI等級(jí)，W及該等級(jí)下的最優(yōu)蜂窩用戶資源與中繼配置組合化及其 最優(yōu)速率。
[0067] 本實(shí)施例中，所述步驟S5的具體方法如下：
[0068] 通過步驟S4的對(duì)比計(jì)算，得到當(dāng)前最優(yōu)的多播傳輸速率W及最優(yōu)配置組合（k^ ，需要在當(dāng)前判斷是否終止迭代過程，當(dāng)遇到下面兩種情況時(shí)，本次配置迭代停止，并輸 出最優(yōu)配置方案，轉(zhuǎn)到S6,否則，選擇下一個(gè)CQI等級(jí)作為第一階段的多播傳輸?shù)燃?jí)并轉(zhuǎn)到 S3；
[0069] 迭代停止條件為：
[0070] 1)某CQI值情況下，第二階段中的ACK用戶數(shù)量不足，W至于無法成功的服務(wù)所有 NACK用戶，該限制用多播速率比較來限制，當(dāng)最優(yōu)中繼的多播速率小于傳統(tǒng)直接多播速率 時(shí)，視為條件成立；
[0071] 2)當(dāng)CQI等級(jí)值達(dá)到了基站所收集到CQI等級(jí)集合中的最大值時(shí)，隨著CQI等級(jí)的 由低到高的迭代，也就意味著基站的多播速率也越來越大，勢必導(dǎo)致越來越多的用戶接收 不到信息，也就有更大概率遇到迭代停止條件。
[0072] 本實(shí)施例中，所述步驟S6的具體方法如下：
[0073] 根據(jù)上述過程得到可W使得多播系統(tǒng)速率最大的多播配置方案，基站選擇最優(yōu) CQI等級(jí)對(duì)應(yīng)的多播速率執(zhí)行第一階段的多播，然后選擇最優(yōu)資源與中繼對(duì)化執(zhí)行第 二階段的重傳任務(wù)。
[0074] W下將結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)本發(fā)明的性能作進(jìn)一步的描述。
[0075] 本發(fā)明仿真參數(shù)設(shè)定如下:蜂窩小區(qū)半徑1500m，D2D族群半徑100米，假設(shè)D2D族群 分布在離基站750m的位置;路徑損耗系數(shù)α = 4;基站傳輸功率30地m，用戶傳輸功率20地m， 噪聲功率N0 = -174地m;帶寬為500Hz;信道增益常數(shù)A，基站到用戶間Al = 2.36e-2,用戶之 間 A2 = 1.67e-4。
[0076] 圖4給出了本發(fā)明與其他方案隨著D2D用戶數(shù)量變化的多播聚合速率性能對(duì)比曲 線，其中設(shè)定蜂窩用戶數(shù)量為10個(gè)，由圖中可W看出，本發(fā)明在隨著D2D用戶數(shù)量的增多，本 發(fā)明相比于傳統(tǒng)多播方案，在聚合速率上有較大的提升，并且隨著D2D用戶數(shù)量的增多，提 升比例更加明顯。本發(fā)明相比于不進(jìn)行干擾管理的最優(yōu)協(xié)作多播方案也有較大幅度上的提 升，充分說明干擾管理對(duì)于本場景下的重要性。本發(fā)明相比于復(fù)雜度為〇(n3)的最優(yōu)遍歷方 案，進(jìn)行了改進(jìn)方案的設(shè)計(jì)，提出了低復(fù)雜度的次優(yōu)化方案，復(fù)雜度為〇(n2)，通過仿真對(duì)比 可W看出，本發(fā)明方法在降低復(fù)雜度的同時(shí)，多播性能接近于最優(yōu)遍歷方案，充分說明本發(fā) 明方法的有效性和實(shí)用性。
[0077] 圖5給出了本發(fā)明與其他方案隨著蜂窩用戶數(shù)量變化的多播聚合速率性能對(duì)比 圖，其中設(shè)定D2D用戶數(shù)量為100個(gè)，由圖中可W看出，本方案在隨著蜂窩用戶資源數(shù)量增多 的情況下，聚合速率相比于傳統(tǒng)多播方案W及無干擾管理的協(xié)作多播方案，都有較大的提 升，并且相比較于最優(yōu)遍歷方案，本發(fā)明的方法在降低了算法復(fù)雜度的同時(shí)，多播性能幾乎 接近于最優(yōu)遍歷方案，充分說明本發(fā)明方法的有效性和實(shí)用性。
[0078] W上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無 需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可W根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思做出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù) 人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可W得到的 技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種無線多播系統(tǒng)中的聯(lián)合中繼選擇與資源分配方法，其特征在于，所述方法包括 如下步驟： 51、 基站對(duì)小區(qū)內(nèi)所有的用戶信道質(zhì)量信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)； 52、 基站根據(jù)D2D用戶反饋的CQI等級(jí)，首先選擇一個(gè)最低的CQI等級(jí)，并對(duì)應(yīng)相應(yīng)的MCS 等級(jí)選擇一特定速率，作為第一階段傳輸速率； 53、 基站根據(jù)當(dāng)前CQI等級(jí)，得到第二階段可用作中繼的N個(gè)ACK用戶集合，以及未成功 接收信息的J個(gè)NACK用戶集合;同時(shí)，根據(jù)干擾協(xié)調(diào)的資源分配方法得到干擾協(xié)調(diào)矩陣； 54、 根據(jù)S3得到的干擾協(xié)調(diào)矩陣以及S1中獲取的各用戶之間的鏈路增益，尋找其最優(yōu) 蜂窩用戶資源與中繼組合，并計(jì)算該最優(yōu)速率值，此外，該步驟通過對(duì)比不同CQI等級(jí)下的 速率，記錄最優(yōu)配置方案及多播傳輸速率； 55、 基站判斷是否達(dá)到迭代停止條件，若達(dá)到迭代停止條件，則停止迭代，并轉(zhuǎn)到S6，否 貝1J，由低到高選擇下一個(gè)CQI等級(jí)作為第一階段的多播傳輸?shù)燃?jí)并轉(zhuǎn)到S3; 56、 基站根據(jù)記錄的最優(yōu)CQI等級(jí)下的最優(yōu)蜂窩用戶資源與中繼組合(k，r)，執(zhí)行兩階 段協(xié)作多播傳輸，其中，keK表示K個(gè)蜂窩用戶中第k個(gè)蜂窩用戶的頻譜資源，reN表示N個(gè) ACK用戶中第r個(gè)ACK用戶作為中繼。2. 如權(quán)利要求1所述的一種無線多播系統(tǒng)中的聯(lián)合中繼選擇與資源分配方法，其特征 在于，所述步驟S1的具體方法如下： 1.1) 多播群組內(nèi)的D2D用戶將自身與基站的信道質(zhì)量信息通過每個(gè)用戶的專用信道， 反饋CQI等級(jí)給基站，基站對(duì)所有多播D2D用戶的CQI等級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，記c me {1，2,.. .，C}為 第m(m e Μ，M表示D2D用戶的總數(shù)量)個(gè)D2D用戶的CQI等級(jí)，CQI的等級(jí)和所支持的MCS(調(diào)制 與編碼策略)有關(guān)系，對(duì)于一個(gè)給定的MCS值1，可達(dá)速率與頻譜帶寬以及對(duì)應(yīng)的MCS的編碼 效率有關(guān)； 1.2) 基站對(duì)D2D用戶之間、D2D用戶與蜂窩用戶之間的信道質(zhì)量信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并得到 D2D用戶之間的信道鏈路增益矩陣8"=六|1^|2|(1"|-°其中叉，7^且^^ 7，以及020用戶與 蜂窩用戶之間的距離矩陣cU,k其中ieM，keK，上述公式中1!"表示用戶X與用戶y之間的小 尺度信道衰落，這里使用零均值、方差為1的圓周對(duì)稱復(fù)高斯隨機(jī)變量表示，也就是h x,y~CN (〇，1)4為信道增益常數(shù)，(1"表示用戶1與用戶7之間的距離，為路徑損耗系數(shù)，1(表示蜂窩 用戶總數(shù)量。3. 如權(quán)利要求1所述的一種無線多播系統(tǒng)中的聯(lián)合中繼選擇與資源分配方法，其特征 在于，所述步驟S2的具體方法如下:基站根據(jù)D2D用戶反饋的CQI等級(jí)，并選擇其中最小值1 進(jìn)行迭代初始化設(shè)置，確定該等級(jí)下的MCS并選擇最小傳輸速率進(jìn)行第一階段多播傳輸，并 記錄其傳輸速率Ri。4. 如權(quán)利要求1所述的一種無線多播系統(tǒng)中的聯(lián)合中繼選擇與資源分配方法，其特征 在于，所述步驟S3的具體方法如下： 3.1)根據(jù)S2中確定一階段傳輸速率心，統(tǒng)計(jì)可用作中繼的N個(gè)ACK用戶集合Si={reM cr彡1}，以及未成功接收信息的J個(gè)NACK用戶集合$ = e Μ \ 5； | & </}其中r表示ACK用 戶，j表示NACK用戶，其中r表示ACK用戶，j表示NACK用戶，cr為中繼r所對(duì)應(yīng)的CQI等級(jí)，1為 當(dāng)前第一階段多播傳輸對(duì)應(yīng)的CQI等級(jí)； 3.2)基站使用干擾協(xié)調(diào)的資源分配方法，選擇出最優(yōu)的復(fù)用關(guān)系，并得到干擾協(xié)調(diào)矩 陣心，資源分配方式是以距離為準(zhǔn)則，為每個(gè)可用的NACK用戶尋找距離其最遠(yuǎn)的蜂窩用戶， 作為復(fù)用對(duì)象，，其中干擾協(xié)調(diào)矩陣為一組IX J的矩陣，分別記錄著J 個(gè)NACK用戶距離最遠(yuǎn)的蜂窩用戶k。5. 如權(quán)利要求1所述的一種無線多播系統(tǒng)中的聯(lián)合中繼選擇與資源分配方法，其特征 在于，所述步驟S4的具體方法如下： 4.1) 基站根據(jù)S1統(tǒng)計(jì)的信道質(zhì)量信息和S3所得到的干擾協(xié)調(diào)矩陣)^，首先由多播最差 鏈路速率計(jì)算公式'計(jì)算出干擾協(xié)調(diào)后的速率集 合矩陣Cr，其中81^=厶|1^|2|(11^|-\仏為獨(dú)立零均值加性高斯白噪聲以16?的方差，8為傳 輸帶寬，其中干擾信道增益gu中的k與j的組合可由干擾協(xié)調(diào)矩陣)^得到； 4.2) 根據(jù)最優(yōu)中繼選擇方案，在所有中繼r e N中選擇出最優(yōu)中繼，作為最優(yōu)傳輸中繼，并記錄最優(yōu)中繼時(shí)對(duì)應(yīng)的蜂窩用戶資源k'記錄此時(shí)的最優(yōu)多播傳輸 組合(k'f)，并計(jì)算多播傳輸速率其中，jw表示對(duì)應(yīng)最優(yōu)中繼時(shí)，信道質(zhì)量最差的NACK用戶 4.3) 通過與每次迭代不同CQI等級(jí)算出的最優(yōu)多播傳輸速率對(duì)比，選擇最佳的多播方 案，記錄最優(yōu)CQI等級(jí)，以及該等級(jí)下的最優(yōu)蜂窩用戶資源與中繼配置組合(k'f)及其最優(yōu) 速率。6. 如權(quán)利要求1所述的一種無線多播系統(tǒng)中的聯(lián)合中繼選擇與資源分配方法，其特征 在于，所述步驟S5的具體方法如下： 通過步驟S4的對(duì)比計(jì)算，得到當(dāng)前最優(yōu)的多播傳輸速率以及最優(yōu)配置組合(k'f)，需 要在當(dāng)前判斷是否終止迭代過程，當(dāng)遇到下面兩種情況時(shí)，本次配置迭代停止，并輸出最優(yōu) 配置方案，轉(zhuǎn)到S6，否則，選擇下一個(gè)CQI等級(jí)作為第一階段的多播傳輸?shù)燃?jí)并轉(zhuǎn)到S3; 迭代停止條件為： 1) 某CQI值情況下，第二階段中的ACK用戶數(shù)量不足，以至于無法成功的服務(wù)所有NACK 用戶，該限制用多播速率比較來限制，當(dāng)最優(yōu)中繼的多播速率小于傳統(tǒng)直接多播速率時(shí)，視 為條件成立； 2) 當(dāng)CQI等級(jí)值達(dá)到了基站所收集到CQI等級(jí)集合中的最大值時(shí)，隨著CQI等級(jí)的由低 到高的迭代，也就意味著基站的多播速率也越來越大，勢必導(dǎo)致越來越多的用戶接收不到 信息，也就有更大概率遇到迭代停止條件。7. 如權(quán)利要求1所述的一種無線多播系統(tǒng)中的聯(lián)合中繼選擇與資源分配方法，其特征 在于，所述步驟S6的具體方法如下： 根據(jù)上述過程得到可以使得多播系統(tǒng)速率最大的多播配置方案，基站選擇最優(yōu)CQI等 級(jí)對(duì)應(yīng)的多播速率執(zhí)行第一階段的多播，然后選擇最優(yōu)資源與中繼對(duì)(k'f)執(zhí)行第二階段 的重傳任務(wù)。
【文檔編號(hào)】H04L5/00GK106060953SQ201610403971
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月8日
【發(fā)明人】陳健, 吳迪, 楊龍, 賀冰濤, 闊永紅
【申請(qǐng)人】西安電子科技大學(xué)