[发明专利]一种基于信道增益的双向无线网络调度方案

说明书

技术领域

一种基于信道增益的双向无线网络调度方案，属于无线通信中继网络领域。 

背景技术

无线媒介的广播共享特性成为制约多跳网络性能提升的主要因素。无线通信系统中叠加的信号通常被认为对网络是有害的，然而网络编码的出现改变了传统的网络设计方式，近年来，许多相关研究基于双向网络，包括传统网络编码（Conventional Network Coding, CNC）、物理层网络编码（Physical-layer Network Coding, PNC）和时分广播（Time Division BroadCasting, TDBC）等方案。 

PNC和TDBC主要分为去噪转发（Denoise and Forward, DF）方式和放大转发（Analog and Forward, AF）方式。前者在转发之前首先解码中继节点的叠加信号，尽管这种方式避免了噪声放大和信号衰减，但是需要源节点间的精确同步从而不易于实际应用；后者只在中继节点对叠加信号进行放大而不采取任何解码操作。AF方式下的PNC被称作模拟网络编码（Analog Network Coding, ANC），该方法只需要粗略的信号同步因而易于实现，因此本发明基于放大转发的双边无线网络。 

H. Su等人已经阐明网络编码的性能很大程度上受物理层和媒体访问控制（Media Access Control, MAC）层的共同影响。为了优化网络性能，节点需要采用调度方案。Y. Jeon等人提出基于星座图最短距离的三个节点间的PNC通信方案，但是这种方案将会随着调制阶数的升高而复杂度迅速提高。P. Upadhyay等人提出一种基于机会调度的两阶段AF中继传输方案，该方案考虑了用户间的公平性和中断概率的边界。但是该方案假设信干噪比（Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR）处于很高的数值，这在实际网络环境中不一定得到满足。 

因为机会调度算法的性能很大程度上取决于瞬时SINR值，该值直接反映了信道状态信息（Channel State Information, CSI）。因此，如果调度方案能够根据CSI进行时时更新将对于网络性能的提升非常有益。然而，先前的研究主要存在两大假设：第一种是假设源和目的节点间的直接相连链路由于阴影效应或大尺度衰落而不存在；第二种是假设中继节点可以准确获知信道状态信息。一些先前的研究还基于底层测量值（如接收信号强度），然而测量和分析底层数据通常相比于分析链路连通特性更为复杂。 

鉴于上述研究方案的不足，本发明去除这些假设并且首先基于ANC和TDBC提出一种信道增益估计策略，进而我们提出一种传输速率最优化的机会调度方案。 

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种无线网络下基于信道增益估计的调度方案，以达到基于信道状态对链路进行机会调度，从而最优化传输速率的目标。 

本发明的基于信道增益估计的调度方案，包括以下步骤： 

步骤1、计算ANC方式下的链路中断概率。

步骤2、计算TDBC方式下的链路中断概率。 

步骤3、计算信道状态变量。具体步骤包含： 

步骤3.1：估计转移概率 p_mn；

步骤3.2：估计转移概率λ 和μ；

步骤3.3：采样窗口设置。

步骤4、对中断概率采用假设检验进行估计。 

步骤5、提出基于信道增益的机会调度方案。 

本发明基于信道估计值为K对节点设计一种机会调度方案。目标是选择性能最佳的第k对节点来最大化最小链路传输速率从而最大化网络吞吐量。因为吞吐量正比于传输速率，而传输速率正比于链路SINR，因此调度目标变为最大化最小信道增益。 

因为中断概率很难获得，一种实际的方法是测量误码率（BER）的值，BER的值可以直接反应信道状态。因为Q函数的值和BER有密切关系，本发明通过Q函数来估计中断概率的值。 

附图说明

图1为本发明放大转发方式示意图； 

图2为本发明滑动采样窗口示意图；

图3为本发明实施例在ANC方式下信道增益 估计值和真实值示意图；

图4为本发明实施例在TDBC方式下信道增益估计值和真实值示意图；

图5为本发明实施例在TDBC方式下信道增益估计值和真实值示意图；