一种OFDM多中继网络中功率分配和子载波配对联合方法技术

本发明专利技术公开了一种OFDM多中继网络中功率分配和子载波配对联合方法，在该中继网络中，一个子载波对可以分配给源节点和多个中继节点，以此来为系统提供空间分集。然后本发明专利技术在系统总功率受限的条件下提出一个子载波配对和功率分配联合算法来最大化端到端系统容量。通过定义等效信道增益和使用本发明专利技术提出的新的、基于柯西-施瓦兹不等式的功率分配方法，该最优化问题模型被简化为典型的二维分配问题并通过匈牙利算法求解。本发明专利技术提出的联合资源分配算法在系统容量性能上优于传统的、有空间分集或无空间分集的资源分配方法。

【技术实现步骤摘要】
—种OFDM多中继网络中功率分配和子载波配对联合方法
本专利技术公开了一种OFDM多中继网络中功率分配和子载波配对联合方法，属于无线通信的
。
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MMO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 MMO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η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η个独立的发射天线所提供的空间分集增益。3.0FDM多中继网络OFDM中继系统中，一个子载波对通常只被分配给一个中继，并且源节点在中继节点转发信息的同时通常保持静默状态。随着终端处理能力的不断提高，一个子载波对分配给多个中继成为可能。源节点和中继一同发送信号并且多个中继可以同时转发同一个子载波对能够为系统带来空间分集，并大大提高系统容量，因而需要一种新的OFDM中继网络资源分配方法来实现上述改进。
技术实现思路
技术问题:本专利技术针对传统OFDM多中继网络资源分配方法的计算复杂度高、资源利用不充分的不足，提供一种性能优越、复杂度低的OFDM多中继网络中功率分配和子载波配对联合方法。技术方案:本专利技术的一种OFDM多中继网络中功率分配和子载波配对联合方法，包括如下步骤:I)获取瞬时信道信息:目的节点通过训练序列获得各信道的瞬时信道信息，其中包括源节点S到目的节点D的信道在第i个子载波上的瞬时信道增益，S到中继节点Rk的信道在第i个子载波上的瞬时信道增益~&，以及中继节点Rk到目的节点D的信道在第j个子载波上的瞬时信道增益，各个中继节点通过训练序列获取各自前向和后向信道的瞬时信道增益^^以及Κ?-、，目的节点获取系统中加性高斯白噪声的功率凡，并初始化对偶变量μ ；2)计算子载波对SP(i，j)的等效信道增益本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种OFDM多中继网络中功率分配和子载波配对联合方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)获取瞬时信道信息：目的节点通过训练序列获得各信道的瞬时信道信息，其中包括源节点S到目的节点D的信道在第i个子载波上的瞬时信道增益S到中继节点Rk的信道在第i个子载波上的瞬时信道增益以及中继节点Rk到目的节点D的信道在第j个子载波上的瞬时信道增益各个中继节点通过训练序列获取各自前向和后向信道的瞬时信道增益以及目的节点获取系统中加性高斯白噪声的功率N0，并初始化对偶变量μ；2)计算子载波对SP(i,j)的等效信道增益γ(i,j)=1N0[τ(i,j)*|his,d|2+(1-τ(i,j)*)|hjs,d|2+τ(i,j)*(1-τ(i,j)*)Σk=1K|h(i,k)s,r|2|h(j,k)r,d|2τ(i,j)*|h(i,k)s,r|2+(1-τ(i,j)*)|h(j,k)r,d|2],]]>其中SP(i,j)表示在一个时隙通过第i个子载波发送的信息在第二个时隙在第j个子载波上进行转发，K为系统中可用的中继节点个数，是使得等效信道增益γ(i,j)取得最大值的最优解，其值可以通过对上述γ(i,j)的表达式在区间(0,1]上使用二分法求解得到；3)计算子载波配对决策因子其中x+＝max(0,x)，定义矩阵L＝{Li,j}，通过匈牙利算法得到决策矩阵t＝{t(i,j)}使得从L中每一行每一列取出一个元素的和最大，其中t(i,j)＝1表示第i个子载波和第j个子载波对进行配对，t(i,j)＝0表示第i个子载波不和第j个子载波对进行配对；4)更新μ，其中μ通过二分法计算得到来使得总功率受限条件以等号成立，其中P为系统最大可输出功率；5)重复步骤3)和步骤4)直到相邻两次的μ值的差值的绝对值小于ε或迭代次数大于50次，其中ε是常数，同时最优决策矩阵t也被确定，即子载波配对过程完成；6)用二分法更新μ以使得总功率受限条件以等号成立，计算其中P(i,j)为子载波对SP(i,j)在两个时隙消耗的总功率，根据公式Pis1=τ(i,j)P(i,j),τ(i,j)∈(0,1]]]>和公式P(i,j)p2=(1-τ(i,j))P(i,j)]]>分别计算以及其中Pis1表示在第一个时隙子载波对SP(i,j)上分配给源节点S的功率，表示第二个时隙分配给子载波对SP(i,j)的总功率；7)根据公式l(i,j)=1P(i,j)p2(|hjs,d|2Pis1+Σk=1K|h(i,k)s,rh(j,k)r,d|2θ(i,j)k(1+θ(i,j)k|h(j,k)r,d|2P(i,j)p2)2),]]>公式P(i,j,k)r=l(i,j)2(β(i,j)k)21/P(i,j)p2+θ(i,j)k|h(j,k)r,d|2]]>以及公式Pjs2=l(i,j)2(β(i,j)K+1)2P(i,j)p2]]>对满足t(i,j)＝1的所有子载波对SP(i,j)计算l(i,j)、以及以获得功率分配信息，其中表示在第二个时隙在子载波对SP(i,j)上分配给源节点S的功率，表示在子载波对SP(i,j)上分配给中继节点Rk的功率，并且β(i,j)k=|h(i,k)s,rh(j,k)r,d|θ(i,j)k1/P(i,j)p2+θ(i,j)k|h(j,k)r,d|2,k≤KP(i,j)p2/Pis1|hjs,d|,k=K+1,]]>θ(i,j)k=1/(Pis1|h(i,k)s,r|2+N0),k≤K0,k=K+1;]]>8)目的节点将子载波配对信息以及功率分配信息通过广播信道广播给源节点和各中继节点。...

【技术特征摘要】
1.一种OFDM多中继网络中功率分配和子载波配对联合方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: . 1)获取瞬时信道信息:目的节点通过训练序列获得各信道的瞬时信道信息，其中包括源节点S到目的节点D的信道在第i个子载波上的瞬时信道增益，S到中继节点Rk的信道在第i个子载波上的瞬...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱琦，周志康，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32