一种认知中继无线网络中功率分配方法组成比例

技术编号:15398087 阅读:115 留言:0更新日期:2017-05-22 11:01
本发明专利技术公开了一种认知中继无线网络中功率分配方法,该方法是以基于放大转发中继协议的双向认知无线网络为主体,该方法的网络包含一个主用户,两个次用户以及N个中继节点。在各节点功率受限条件下,为了最大化次用户系统容量同时保证整个通信过程中主用户的服务质量,本发明专利技术所述方法提出一种基于柯西‑施瓦茨不等式的次优功率分配方法。不同于传统中继网络资源分配方法,该方法引入柯西‑施瓦茨不等式,避免使用迭代方法,大大降低了计算复杂度,达到了与基于内点法(Interior Point Method,IPM)的最优功率分配方法十分接近的性能。

Power allocation method in cognitive relay wireless network

The invention discloses a power allocation method in a cognitive relay wireless network, the method is to amplify and forward relay protocol based on bidirectional cognitive wireless network as the main body, the method of the network includes a main user, two secondary users and N relay nodes. At each node power constraints in order to maximize the system capacity while ensuring user main users throughout the communication process in the service quality, the method of the invention provides a suboptimal power allocation method based on the Cauchy Schwartz inequality. Different from the traditional method of resource allocation in the relay network, introduced Cauchy Schwartz inequality, avoid using iterative method, greatly reduces the computational complexity, and achieved based on interior point method (Interior Point Method, IPM) the performance of the optimal power allocation method is very close to the.

【技术实现步骤摘要】
一种认知中继无线网络中功率分配方法
本专利技术涉及计算机无线通信
,特别涉及一种认知中继无线网络中功率分配方法。
技术介绍
多输入多输出(MIMO)技术能够有效抵抗无线通信中多径衰落带来的影响,但是由于受设备尺寸、造价和硬件性能等条件限制,难以应用在实际的无线通信终端中。协作通信技术通过利用单天线移动终端之间的相互协作,共享彼此的天线,形成一个虚拟MIMO系统,从而获得空间分集。未来的无线通信系统需要提供更多高速率的多媒体业务和数据业务,协作通信的目的就是充分利用网络中的节点资源来帮助有通信需求的节点进行高速、可靠的无线通信。协作通信技术得以发展主要有两方面的因素:网络中空闲资源的存在和协作通信所能提供的增益。1.网络中空闲资源的存在以移动通信系统为例来说明无线网络中空余资源的存在。某一时间段内移动通信系统中可能仅有部分移动终端有通信需求,因而网络中较多的移动终端处于空闲状态。但是传统的移动通信系统将所有移动终端看成是互不通信的个体,从而使这部分空闲硬件资源被浪费掉;另一方面,移动通信系统中的移动终端往往具有差异性,如具有不同的计算处理能力以及不同的通信能力等。若将这些移动终端看成是一个可以相互或部分相互通信的整体,则差异性的存在可使不同的移动终端在网络中承担不同的角色,从而有利于整个通信系统性能的提高。因此,如何利用空闲资源来帮助有通信需求的移动终端进行有效通信便成为一个值得深入研究的课题。2.协作通信增益无线通信中,由于受带宽、传输功率的限制,加上无线信道的多径衰落,很难达到理想的传输速率和通信质量。为了解决无线信道容量的瓶颈问题,人们给出了MIMO技术。该技术通过在发射端和接收端放置多根天线,形成多个独立的发/收信道,从而达到利用空间分集来提高无线信道传输能力的目的,但是由于受设备尺寸、造价和硬件性能等条件限制,无线终端不一定支持多天线安装。而协作通信技术能够利用无线信道的广播特性,允许单天线终端设备在多用户环境中通过一定规则共享其他用户的天线,形成虚拟天线阵列,使得同一信息能够通过不同的独立无线信道到达接收端。研究表明,协作通信可以提供全部的空间分集增益效果,即n个参与协作通信的节点所提供的空间分集增益等同于信源节点具有n个独立的发射天线所提供的空间分集增益。而本专利技术能够很好地解决上面的问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于在于解决了基于放大转发中继协议的双向认知无线网络功率分配方法的计算复杂度高、迭代次数多的问题,并引入柯西-施瓦茨不等式,提供了一种更优的、低复杂度的中继功率分配方法。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是:本专利技术设计的双向认知无线网络模型如图1所示,在该模型中包含一个主用户PU和两个次用户SU1和SU2,给出的中继功率分配方法步骤如下:步骤1、信道统计信息的获取:通过训练序列,目的节点获得可用中继集中的N个可用中继节点将与源节点间以及中继节点与目的节点之间的信道统计信息。步骤2、确定次用户SU1发送功率Ps1的下界和上界:Ps1的下界值为0,根据干扰容限最大值计算得Ps1的一个上界值为其中表示次用户SU1的最大允许输出功率,表示干扰容限,fs1,p表示次用户SU1到主用户PU的瞬时信道增益。步骤3、首先忽略各用户的最大输出功率限制,使用次用户SU1发送功率Ps1来表示次用户SU2的发送功率Ps2,即其中fs2,p表示次用户SU2到主用户PU的瞬时信道增益。步骤4、定义其中hi和gi分别表示次用户SU1和SU2与第i个中继节点Ri之间的瞬时信道增益,N0表示加性高斯白噪声功率,θi=max(|hi|,|gi|),wi=|fri,p|2,fri,p表示中继节点Ri与主用户PU之间的瞬时信道增益。则根据柯西-施瓦茨不等式得到系统总容量的一个上界值为<d,d>,其中<d,d>表示向量d的内积。根据干扰容限最大值将<d,d>表示为次用户SU1发送功率Ps1的一元函数,再根据步骤1中确定的Ps1的下界值和上界值,使用黄金分割法可以算出使得<d,d>最大时次用户SU1发送功率Ps1的值。步骤5、根据步骤4中得到的次用户SU1发送功率Ps1最优解,代入到可求得次用户SU2的发送功率Ps2。步骤6、用步骤5求得的次用户SU2的发送功率Ps2再来更新次用户SU1发送功率Ps1,即目的在于消除由各节点功率限制带来的干扰冗余,使得在干扰允许的情况下让整个系统输出功率最大。步骤7、初始化待分配功率的中继集N,N={1,2,……N}为所有中继组成的集合。对于中继集N中的各中继,定义中继节点Ri的功率因子其中λi的模值大小为分配给节点Ri的功率,相位大小为中继节点Ri的相位修正因子,根据各用户受限条件取再根据柯西-施瓦茨不等式求解得到如果中继节点Ri分配到的功率达到其可用最大功率就将其功率指定为同时该中继节点功率分配结束,将其从待分配功率中继集中移除,并根据更新干扰容限步骤8、重复步骤7,直到没有干扰冗余,即或者待分配功率中继集N为空集,即所有中继的功率都已分配完毕。步骤9、将功率分配结果通过信令信道发送给各中继节点及次用户SU1和SU2。有益效果:1、本专利技术解决了最大化次用户系统容量的问题,并且保证了整个通信过程中主用户的服务质量。2、本专利技术避免了使用迭代方法,大大降低了计算复杂度,并且大大提高了系统的性能。附图说明图1为本专利技术的双向认知无线网络模型示意图。图2为本专利技术的方法流程图。具体实施方式以下结合说明书附图对本专利技术创造作进一步的详细说明。一、建立模型如图1所示,本专利技术的模型中包含一个主用户PU和两个次用户SU1和SU2,由于两个次用户间的通信信道质量较差,必须在中继集{R1,R2,……RN}中的N个中继节点的协作帮助下次用户传输信号。本专利技术假设每个节点都只有一根天线且不能同时收发,并且SU1或SU2掌握所有的瞬时信道状态信息(ChannelStateInformation,CSI),这个过程可以通过传统的信道状态信息获取方法获得。功率分配过程在SU1或SU2处执行,最优功率分配结果通过一条另外的辅助信道发送给各节点。两个次用户间的通信过程分为两个时隙。在第一个时隙,两个次用户SU1和SU2将其信号以广播形式发送的给所有能同时接收到信号的中继节点。第一个时隙中继节点接收到的信号为其中s1和s2表示次用户SU1和SU2的功率经过归一化的发送信号。Ps1和Ps2表示次用户SU1和SU2的发送功率。nri表示第i个中继节点Ri处循环对称的加性复高斯白噪声(AdditiveWhiteGaussianNoise,AWGN)。hi和gi分别表示次用户SU1和SU2与第i个中继节点Ri之间的瞬时信道增益。它们是均值为零的复高斯随机变量,方差分别为和假定所有信道都是对称的,即两个通信节点间的双向瞬时信道增益是相同的,因此可以合理假设本专利技术所针对的网络是频谱共享网络。第i个中继节点Ri发送的信号为其中βi表示第i个中继节点处在功率限制下的功率归一化因子,为在第二个时隙,所有中继节点对第一个时隙收到的信号进行放大。假设所有中继节点都能同时完全同步和发送信号,那么次用户SU1和SU2接收到的信号为其中Pi表示中继节点Ri的发送功率。n1和n2分别为次用户SU1和SU2处循环对称的加性复高斯白噪声(Additi本文档来自技高网
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一种认知中继无线网络中功率分配方法

【技术保护点】
一种认知中继无线网络中功率分配方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:步骤1:信道统计信息的获取:通过训练序列,目的节点获得可用中继集中的N个可用中继节点将与源节点间以及中继节点与目的节点之间的信道统计信息;步骤2:确定次用户SU

【技术特征摘要】
1.一种认知中继无线网络中功率分配方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:步骤1:信道统计信息的获取:通过训练序列,目的节点获得可用中继集中的N个可用中继节点将与源节点间以及中继节点与目的节点之间的信道统计信息;步骤2:确定次用户SU1发送功率Ps1的下界和上界:Ps1的下界值为0,根据干扰容限最大值计算得Ps1的一个上界值为其中表示次用户SU1的最大允许输出功率,表示干扰容限,fs1,p表示次用户SU1到主用户PU的瞬时信道增益;步骤3:首先忽略各用户的最大输出功率限制,使用次用户SU1发送功率Ps1来表示次用户SU2的发送功率Ps2,即其中fs2,p表示次用户SU2到主用户PU的瞬时信道增益;步骤4:定义其中hi和gi分别表示次用户SU1和SU2与第i个中继节点Ri之间的瞬时信道增益,N0表示加性高斯白噪声功率,θi=max(|hi|,|gi|),wi=|fri,p|2,fri,p表示中继节点Ri与主用户PU之间的瞬时信道增益,则根据柯西-施瓦茨不等式得到系统总容量的一个上界值为<d,d>,其中<d,d>表示向量d的内积,根据干扰容限最大值将<d,d>表示为次用户SU1发送功率Ps1的一元函数,再...

【专利技术属性】
技术研发人员:周曈许建真
申请(专利权)人:南京邮电大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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