針對單個節(jié)點功率受限的雙跳全雙工df中繼系統(tǒng)最優(yōu)功率分配方法
【專利摘要】針對單個節(jié)點功率受限的雙跳全雙工DF中繼最優(yōu)功率分配方法，涉及無線傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明為了解決雙跳全雙工解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼(Decode-and-Forward,DF)系統(tǒng)的單個節(jié)點的功率受限問題。求解端到端的中斷概率Po(γth)；將最優(yōu)功率分配等價為非線性最優(yōu)化；最優(yōu)功率分配的具體過程為：設(shè)目標函數(shù)f(p0,p1)，設(shè)迭代精度門限值ε，對利用等功率分配對p0，即令中間變量等于p0，采用疊代法更新p0；條件成立時獲得最優(yōu)功率分配方案。本發(fā)明方法適用于雙跳全雙工DF中繼系統(tǒng)的最優(yōu)功率分配，使得系統(tǒng)的端到端的中斷性能達到最佳。
【專利說明】針對單個節(jié)點功率受限的雙跳全雙工DF中繼系統(tǒng)最優(yōu)功 率分配方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種功率分配方法，涉及無線傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 第五代移動通信將為用戶提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更好的服務質(zhì)量。然而，要 在有限的頻譜資源上實現(xiàn)更高的速率和更大的容量，就必須使用頻譜效率極高的無線傳輸 技術(shù)。盡管多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output,ΜΙΜΟ)技術(shù)已經(jīng)極大地提高 了無線通信系統(tǒng)的性能和容量，并且近年來得到了迅猛的發(fā)展，已成為新一代無線通信的 核心技術(shù)之一，然而現(xiàn)有通信系統(tǒng)中，無論頻分雙工（Frequency Division Duplex,FDD)模 式和還是時分雙工（Time Division Duplex,TDD)模式都通過占用不同的資源實現(xiàn)上、下行 通信來避免上下、行通信間的干擾，這顯然將浪費一半的無線資源。所以如何利用同一信道 實現(xiàn)同時雙向的傳輸現(xiàn)已成為5G后續(xù)演進技術(shù)中可以挖掘的重要無線頻譜資源。
[0003] 最近幾年，全雙工無線通信技術(shù)逐漸引起了人們的重視，全雙工無線通信技術(shù)旨 在利用同一頻率進行同時收發(fā)，這樣既節(jié)省了時間資源又節(jié)省了頻率資源，理想的全雙工 系統(tǒng)的頻譜利用率是FDD系統(tǒng)以及TDD系統(tǒng)的二倍。而全雙工中繼系統(tǒng)則是全雙工技術(shù) 與中繼技術(shù)的結(jié)合，提高系統(tǒng)的頻譜利用效率的同時還能夠提高系統(tǒng)容量增加系統(tǒng)覆蓋面 積。而最優(yōu)功率分配策略，則是中繼系統(tǒng)達到最優(yōu)性能的保障。傳統(tǒng)的最優(yōu)功率分配策略 都是針對半雙工中繼系統(tǒng)的，而對于全雙工中繼系統(tǒng)，系統(tǒng)架構(gòu)與半雙工完全不同，因此需 要重新構(gòu)建適用于全雙工中繼系統(tǒng)的最優(yōu)功率分配策略。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對雙跳全雙工解碼轉(zhuǎn)發(fā)（Decode-and-Forward, DF)中繼系統(tǒng)的單個節(jié)點的功 率受限問題，本發(fā)明提供一種針對單個節(jié)點功率受限的雙跳全雙工DF中繼最優(yōu)功率分配 方法。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：
[0006] 一種針對單個節(jié)點功率受限的雙跳全雙工DF中繼系統(tǒng)最優(yōu)功率分配方法，所述 雙跳全雙工DF中繼系統(tǒng)由源節(jié)點&，中繼節(jié)點&以及目的節(jié)點R 2組成，信號傳播的信道為 瑞利衰落信道，假設(shè)Pi為節(jié)點Ri(i = 〇, 1)的發(fā)射信號的功率，即源節(jié)點&的發(fā)射功率是 P〇,中繼節(jié)點&的發(fā)射功率是Pi，當不考慮自由空間傳播損耗時，節(jié)點&(j = 1，2)的接收 到的來自節(jié)點Ri(i = 〇, 1)的經(jīng)過衰落信道后信號的平均信噪比為：
[0007]

【權(quán)利要求】
1. 一種針對單個節(jié)點功率受限的雙跳全雙工DF中繼系統(tǒng)最優(yōu)功率分配方法，其特征 在于：所述雙跳全雙工DF中繼系統(tǒng)由源節(jié)點心，中繼節(jié)點札以及目的節(jié)點R2組成，信號傳 播的信道為瑞利衰落信道，假設(shè) Pi為節(jié)點Ri (i = 〇, 1)的發(fā)射信號的功率，即源節(jié)點R〇的 發(fā)射功率是P〇,中繼節(jié)點&的發(fā)射功率是Pi，當不考慮自由空間傳播損耗時，節(jié)點&(j = 1，2)的接收到的來自節(jié)點Rji = 0, 1)的經(jīng)過衰落信道后信號的平均信噪比^;為：
(1) 其中為信道衰落系數(shù)的模值的均方值，隊為噪聲功率； 其特征在于：所述方法的實現(xiàn)過程為： 步驟一、求解端到端的中斷概率PjYth): 當給定接收信噪比門限Yth(與端到端傳輸速率有關(guān)）時，雙跳全雙工DF中繼系統(tǒng)的 端到端的中斷概率PjYth)為：
(2) 步驟二、將最優(yōu)功率分配等價為非線性最優(yōu)化： 雙跳中繼系統(tǒng)的單個節(jié)點的功率受限為PMax時，雙跳全雙工DF中繼最優(yōu)功率分配策略 等價為非線性最優(yōu)化問題：
(3) 約束條件
等價于：
(4) 約束條件

，對目標函數(shù)去自然對數(shù)運算后，最優(yōu)化問題等價 為：
(5) 約束條件 其中：

步驟三、基于公式（5)進行最優(yōu)功率分配，具體過程如下： 步驟1:設(shè)目標函數(shù)f(PQ，Pl)，
(7) Ρο是源節(jié)點R〇的發(fā)射功率，Pi是中繼節(jié)點Ri的發(fā)射功率； 步驟2 :判斷A與B的大小，當A〈B時執(zhí)行步驟3，A>B時執(zhí)行步驟4，A = B時執(zhí)行步驟 5 ； 步驟3 :此時A〈B，包含如下幾個子步驟； 步驟3a :對f (Ptl，pMax)取關(guān)于P(l的微分有：
(8) 步驟3b :令微分結(jié)果等于0,解方程得到
(9) 步驟3c :設(shè)迭代精度門限值ε，對源節(jié)點的發(fā)射功率P(l利用等功率分配進行初始化， 即令
步驟3d :令中間變量K等于pQ ; 步驟3e:將P(l帶入公式（9)中進行迭代計算，求得更新后的P(l; 步驟3f :判斷條件|凡-W| <￡是否成立，如果不成立，則跳回步驟3d ;如果條件成立， 則繼續(xù)步驟3g ; 步驟3g : =Μ,，Pi = pMax既是最優(yōu)功率分配方案； 步驟4 :此時A>B，包含如下幾個子步驟； 步驟4a :對f (pMax, pj取關(guān)于Pi的微分有 步驟4b :令微分結(jié)果等于0,解方程得到 (10) (11) 步驟4c:設(shè)迭代精度門限值ε，對利用等功率分配對Pl，即
步驟4d :令中間變量f等于Pi ; 步驟4e :將Pi帶入公式（11)中，求得新的Pi ; 步驟4f :判斷條件
是否成立，如果不成立，則跳回步驟4d ;如果條件成立， 則繼續(xù)步驟4g ; 步驟4g辦=pMax，灼既是最優(yōu)功率分配方案； 步驟5 :此時A = B，此時最大的等功率分配即是最優(yōu)功率分配結(jié)果，即= pMax，Pi = PMax °
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對單個節(jié)點功率受限的雙跳全雙工DF中繼最優(yōu)功率分配 方法，其特征在于：步驟4c中精度門限值ε的取值為小于或等于0.01。
【文檔編號】H04W52/34GK104093200SQ201410360098
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】韓帥, 陳雷, 孟維曉 申請人:哈爾濱工業(yè)大學