专利名称：协同通信中中继节点的选择和功率分配方法
技术领域：
本发明涉及一种协同通信中中继节点的选择和功率分配方法，尤其涉及一种基于 Rake接收机和粒子群算法的协同通信中中继节点的选择和功率分配方法。
背景技术：
随着移动通信技术的发展，无线通信在现代化社会中越来越受到重视，用户也越来越多。因此如何对应海量的用户群体以及呈几何倍数成长的信息量就成为现在要解决的首要问题。在现有的协同通信中的中继节点的选择方法中，都假设信道为单径信道。但是， 通信信道应该用多径信道来更准确的描述。对此，现有技术中公开号为CN1484893的发明专利《RAKE接收机及接收方法》中就公开了在CDMA移动通信系统中进行对指元的有效的路径分配的RAKE接收机及接收方法。在该发明中，相关值计算部2在所有可RAKE接收的定时上计算由输入端I所输入的接收信号与扩展码的相关值并输出至延迟轮廓作成部3和差值历史作成部6。延迟轮廓作成部3算出平均相关值并作为延迟轮廓通知给路径选择部4。 差值历史作成部6按各接收定时对由相关值计算部2所通知的最新相关值与自身保存的前一次的相关值进行比较来求出差值历史并通知给路径选择部4。路径选择部4按平均相关值大的顺序排列延迟轮廓，若延迟轮廓与差值历史满足所有给定条件则将该接收定时分配给指元并通知给指元部5。其采用的方式为一种CDMA移动通信系统的RAKE接收机，其特征在于具备相关值计算部，其在所有可RAKE接收的定时上计算接收信号与扩展码的相关值；延迟轮廓作成部，其根据由该相关值计算部所得到的备接收定时上的相关值算出平均相关值并作成延迟轮廓；差值历史作成部，其按各接收定时对由所述相关值计算部所通知的最新相关值与前一次的相关值进行比较并作成差值历史；路径选择部，其按大小顺序排列所述平均相关值，当所述延迟轮廓与差值历史分别满足给定条件时，按所述平均相关值大的顺序选择应分配给指元的接收定时并将该接收定时通知给指元部；指元部，其对应各接收定时的路径进行接收。
I.在传统的协同通信的算法中，都假设通信信道是单径的。然而，在实际情况下， 尤其在城市中，通信信道都是多径的，即，从发送端到接受端由于信号的反射等原因存在多条路径。这样，传统的算法在选择最优中继节点和最优功率分配中，由于考虑的都是单径信道的情况，和实际情况不相符。由此，这些算法得不到多径情况下的最优中继节点和与此相应的最优的功率分配。公开号为CN102545992A的发明专利《DF中继系统的最优中继选择和功率分配方法》中倒是提到一种DF中继系统的最优中继选择和功率分配方法，包括以下步骤S1 :选择具有最大等效信道增益的中继节点作为最优中继节点；S2 :以源节点的传输功率与所述最优中继节点的传输功率的功率分配比例为变量，得到中继系统的总中断概率函数；S3 :通过遗传算法求解所述功率分配比例，使中继系统达到最优化系统总中断概率。 该发明的方法可以使中继系统达到最优化的系统总中断概率，提高中继系统性能。但是这样的方法效果有限，难以推广到基于Rake接收机的通信系统中。因此我们需要找到一种方法，首先建立了多径下的模型，推导出多径下的误码率，然后在此条件下考虑最优中继的选择和最优功率的分配。最优中继节点的选择和最优功率的分配是分开来，各自独立地进行优化。发明内容
本发明的目的是提供协同通信中中继节点的选择和功率分配方法，在推导出来多径衰落下的通过某一中继节点传输信息的平均误比特率。同时还利用了粒子群算法来在确定最有功率分配的同时选择最优的中继节点，确保此中继节点将在传输的总功率一定的情况下拥有最低的误比特率。
为达到所述效果，本发明协同通信中中继节点的选择和功率分配方法，采用了一种粒子群优化算法，所述粒子群优化算法是通过跟踪两个极值来搜索解空间的最优值其中一个是每一个粒子或其邻域中搜索到的最优值，称为个体极值；而另一个则是整体搜索到的最优值，称为全局极值，在所提出的算法中，采用如下公式更新某一个粒子所代表的功率Pa在第i次迭代，第j个粒子的上的取值Pa (i，j)
v(i, j) = w*v(i_l, j)+cl (i)*r1*(pb-PA(i-l, j))+c2 (i)*r2*(gb-PA(i_l, j))
Pa(i, j) = PA(i-l, j)+v(i, j)这两个公式就是粒子群的更新表达式
这里，w为一个权重，T1和r2为两个介于O到I之间均匀分布的随机数，pb为当前粒子的领域中的最优取值，gb表示整个群体中当前粒子群的最优取值，pA(i-i，j)为上一次迭代中此粒子的取值，V(i-1，j)为上一次迭代中此粒子的移动距离，V(i，j)表示当前迭代此粒子的移动距离，而Cl⑴和c2⑴符合i cl(/) = cl(i -1) * α
\
且其中α和β的适宜取值为α = 0.9，β = O. 95,
所述v(i, j)有一个约束范围，以防止粒子的取值的变化过快，即v(i, j) e [-Vmax, VmaJ 5 v(i, j) <-Vmax 时,强制设置 V (i, j) =-Vmax，当 V U，j) > Vmax 时，强制设置 V (i， J_) = Vmax ; Vnlax 的适宜取值为 Vmax = P/3。
优选的，所述算法的计算流程为初始化粒子Pa(0，j)，这里Pa(0，j)由O到总功率P之间均匀分布的随机变量而生成,这里j = 1，2，. . .，N，N表示的是粒子的总个数，这样，PB(i，j) =P_PA(i，j);初始化中，每个粒子的适应度值被置于负无穷大，即f(PA(_l，j)) =-00 ;最佳的适应度值初始化为Pg = -00，对每个粒子，将此适应度值与前一次适应度值比较，如果此适应度值好于前一适应度值，即f (Pa (i，j)) > f (Pa (i_l，j))，则更新当前的粒子值为PA(i，j);否则，保持当前的粒子值不变；再将此适应度值与当前最佳适应度值Pg比较，如果好于Pg，则需重新设置Pg的值及其所对应的粒子索引号；
对每个粒子，根据粒子群的更新表达式更新粒子的速度和位置；
如果没有满足结束的条件，则返回初始，直到得到最优粒子的位置为止。
进一步的，对每个粒子，计算该粒子的适应度值；
在译码转发模式中，粒子的适应度函数值如下
f(PA(i, j)) = -E (R*)
其中，在选择第i个候选的中继节点为最优中继节点时，平均误比特率可表示为
E (R1) = E (S，R1) E1 (D) + (I-E (S，R1)) E2 (R1)
在所提出的算法中，能够在总功率一定的约束条件下，带来最小的误比特率E(D1) 的中继节点i将被选择为最优中继节点R%即
权利要求
1.协同通信中中继节点的选择和功率分配方法，其特征在于，采用了一种粒子群优化算法，所述粒子群优化算法是通过跟踪两个极值来搜索解空间的最优值其中一个是每一个粒子或其邻域中搜索到的最优值，称为个体极值；而另一个则是整体搜索到的最优值，称为全局极值，在所提出的算法中，采用如下公式更新某一个粒子所代表的功率Pa在第i次迭代，第j个粒子的上的取值PA(i，j)
2.如权利要求I所述的协同通信中中继节点的选择和功率分配方法，其特征在于所述算法的计算流程为初始化粒子Pa(O，j)，这里Pa(O，j)由O到总功率P之间均匀分布的随机变量而生成，这里j = 1，2,. . . ,Ν,Ν表示的是粒子的总个数,这样，PB(i, j) = P-PA(i,j);初始化中，每个粒子的适应度值被置于负无穷大，即f(PA(-1，j)) =_m;最佳的适应度值初始化为Pg = - 00，对每个粒子，将此适应度值与前一次适应度值比较，如果此适应度值好于前一适应度值，S卩f(PA(i，j)) > f(PA(i-l，j))，则更新当前的粒子值SPA(i，j);否贝U，保持当前的粒子值不变；再将此适应度值与当前最佳适应度值Pg比较，如果好于Pg，则需重新设置Pg的值及其所对应的粒子索引号； 对每个粒子，根据粒子群的更新表达式更新粒子的速度和位置； 如果没有满足结束的条件，则返回初始，直到得到最优粒子的位置为止。
3.如权利要求2所述的协同通信中中继节点的选择和功率分配方法，其特征在于对每个粒子，计算该粒子的适应度值； 在译码转发模式中，粒子的适应度函数值如下 f(PA(i，j)) = -E(R*) 其中，在选择第i个候选的中继节点为最优中继节点时，平均误比特率可表示为 E (R1) = E (S，R1) E1 (D) + (I-E (S，R1)) E2 (R1) 在所提出的算法中，能够在总功率一定的约束条件下，带来最小的误比特率E(D1)的中继节点i将被选择为最优中继节点R%即
4.如权利要求I所述的协同通信中中继节点的选择和功率分配方法，其特征在于对于候选的中继节点的数目小于100时，粒子选取的数量取20-40 ;对于候选的中继节点的数目大于100时，粒子选取的数量最大不超过200。
5.如权利要求2所述的协同通信中中继节点的选择和功率分配方法，其特征在于所述适应度值比较的最大循环次数设定为2000。
全文摘要
本发明的目的是提供协同通信中中继节点的选择和功率分配方法，推导出多径衰落下的通过某一中继节点传输信息的平均误比特率。同时还利用了粒子群算法来在确定最有功率分配的同时选择最优的中继节点，确保此中继节点将在传输的总功率一定的情况下拥有最低的误比特率。为达到所述效果，本发明采用了一种粒子群优化算法，所述粒子群优化算法是通过跟踪两个极值来搜索解空间的最优值其中一个是每一个粒子或其邻域中搜索到的最优值，称为个体极值；而另一个则是整体搜索到的最优值，称为全局极值，在所提出的算法中，采用公式更新某一个粒子所代表的功率PA在第i次迭代。通过本发明所提出的算法将更符合实际应用和实际的通信环境。
文档编号H04W72/04GK102983878SQ20121043581
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月2日 优先权日2012年11月2日
发明者端木春江 申请人:浙江师范大学