全双工协作中继网络的最优功率分配方法组成比例

本发明专利技术公开一种全双工协作中继网络的最优功率分配方法，主要解决现有技术在全双工协作中继网络中忽略直达链路进行资源分配所造成实际应用场景受限和可靠性低的问题。其技术方案是：1)利用最小均方误差估计信道参数；2)依据各信道参数得到中继节点和目的节点的接收信号；3)依据接收信号确定信干噪比；4)建立容量与信干噪比的关系；5)通过容量与信干噪比的关系，建立最大化信干噪比的目标函数；6)根据最大化最小值理论，构造只与中继功率相关的新目标函数；7)利用新目标函数对中继功率求导，得到中继节点和源节点的最优功率。本发明专利技术可用于传输距离大小不同的网络中，在资源受限的条件下提升资源利用率和系统性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信
，涉及最优功率分配方法，可用于全双工协作中继网络。
技术介绍
中继是通过对数据信号的接收和转发，来扩大网络传输的距离。最开始研究的中继网络是在半双工模式下，可传统的半双工中继协作通信系统利用正交的时隙发送和接收信号，极大浪费了无线频谱资源，而全双工中继协作通信以其信道容量倍增且提升频谱资源利用率得到了学术界的广泛关注。然而全双工中继系统存在固有的问题就是自干扰，由于自干扰的功率和中继的功率成正比，所以研究一个合理的功率分配方案有利于提升系统性能。在协作通信系统中，由于协作分集技术要求节点之间传输信息的同时能够辅助其它节点传输信息，必然会产生额外的带宽、时隙和功率等资源的消耗，因此与无协作通信相比，协作通信更需要对各用户的功率和带宽采取合理地优化分配，才能保证以较低的复杂度和较高的资源利用率去获得良好的系统性能。在资源需求日益紧张的今天，对资源分配问题的研究一直在继续。目前的资源分配主要针对于功率的分配问题，如果系统资源有限，则怎样合理地进行功率分配，更好地有助于提升系统性能就成为研究的重点。在中继系统中源节点和中继节点采用平均功率分配的方法，比较容易实现，但是由于存在系统信道质量和时变性的影响，应用这种方法并不能充分地利用系统资源和减少系统开销，因此需要研究最优的功率分配方法。目前协作通信系统的功率分配方法已经进行了很多方面的研究，大多数是在三节点两跳的系统中，同时忽略直达链路的影响或直接将直达链路作为干扰进行分析，选择中继在译码转发协议下或在放大转发协议下建立模型，研究的出发点一般包括:系统的容量、系统误码率、中断概率、计算复杂度和系统开销等，其分配方式包括：l)发射端功率采用单独功率分配，这种方式是通过发射端将全部发射功率都分配给源节点，仅适用于小型短距离网络，无法扩大网络传输距离。2)发射端功率采用等功率分配，这种方式是通过等功率分配可以很简单得到一定信道状态下的系统容量，但不能有效利用功率资源。3)发射端功率采用最优功率分配，这种方式是通过最小化中断概率，最大化信道容量或最小化误码率出发考虑功率分配，该分配方式相对前两者所说能够有效利用功率资源，但由于该方式是在单一功率受限或总功率受限情况下同时忽略直达链路的最优分配方式，而未考虑单功率和总功率联合的情况以及不同大小的网络中直达链路对系统影响下的最优方法，因而导致应用场景受限，不能满足在不同大小的实际网络中对于资源最优分配提升网络性能的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种全双工协作中继网络的最优功率分配方法，以在单功率和总功率联合受限下针对不同大小的全双工协作中继网络进行最优功率分配，提升通信的服务质量和吞吐量，以及协作通信系统的可靠性。为实现上述目的，本专利技术的技术方案包括如下：(1)采用最小均方误差信道估计方法，分别估计源节点到中继节点的信道参数hSR、中继节点到目的节点的信道参数hRD、源节点到目的节点的信道参数hSD和中继节点环路信道参数hRR；(2)源节点对发送信号进行调制，将调制后的信号x(i)发送给中继节点和目的节点，中继节点获得接收信号g(i)，目的节点获得接收信号d(i)；(3)中继节点对总的接收信号r(i)进行解调后再重新编码，并将编码后的信号t(i)发送给目的节点，目的节点获得最终的接收信号：y(i)＝d(i)+hRDt(i)+nD(i)，其中，nD(i)为目的节点的高斯噪声，服从均值为0，方差为σD2的复高斯分布；(4)建立最大化系统信道容量与系统信干噪比的关系式：s.t.0＜Ps+Pr≤Pt0＜Ps≤Pmax，0＜Pr≤Pmax，其中，C为系统信道容量，B为系统带宽，Ps为源节点的发射功率，Pr为中继节点的发射功率，Pt为系统的总功率上限值，Pmax＝wPt为单功率上限值，w为控制单功率最大限制范围的系数，0＜w＜1，0＜Ps+Pr≤Pt为系统总功率受限的约束条件，0＜Ps≤Pmax为源节点功率受限的约束条件，0＜Pr≤Pmax为中继节点功率受限的约束条件；γ为系统信干噪比，其取值根据所使用的网络确定：在直达链路作为干扰信号的网络中γ＝min{γSR,γRD本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全双工协作中继网络的最优功率分配方法，包括:(1)采用最小均方误差信道估计方法，分别估计源节点到中继节点的信道参数hSR、中继节点到目的节点的信道参数hRD、源节点到目的节点的信道参数hSD和中继节点环路信道参数hRR；(2)源节点对发送信号进行调制，将调制后的信号x(i)发送给中继节点和目的节点，中继节点获得接收信号g(i)，目的节点获得接收信号d(i)；(3)中继节点对总的接收信号r(i)进行解调后再重新编码，并将编码后的信号t(i)发送给目的节点，目的节点获得最终的接收信号：y(i)＝d(i)+hRDt(i)+nD(i)，其中，nD(i)为目的节点的高斯噪声，服从均值为0，方差为σD2的复高斯分布；(4)建立最大化系统信道容量与系统信干噪比的关系式：max(Ps,Pr)C=Blog2(1+γ)]]>s.t.0＜Ps+Pr≤Pt0＜Ps≤Pmax，0＜Pr≤Pmax，其中，C为系统信道容量，B为系统带宽，Ps为源节点的发射功率，Pr为中继节点的发射功率，Pt为系统的总功率上限值，Pmax＝wPt为单功率上限值，w为控制单功率最大限制范围的系数，0＜w＜1，0＜Ps+Pr≤Pt为系统总功率受限的约束条件，0＜Ps≤Pmax为源节点功率受限的约束条件，0＜Pr≤Pmax为中继节点功率受限的约束条件；γ为系统信干噪比，其取值根据所使用的网络确定：在直达链路作为干扰信号的网络中γ＝min{γSR,γRD}，为中继节点对源节点的信干噪比，为目的节点对中继节点的信干噪比，其中，ksr为源节点到中继节点的信道增益、krd为中继节点到目的节点的信道增益、ksd为源节点到目的节点的信道增益和krr为中继节点环路信道增益；在直达链路作为有用信号的网络中γ＝min{γSR,γSD+γRD}，为中继节点对源节点的信干噪比，γSD＝ksdPs为目的节点对源节点的信干噪比，γRD＝krdPr为目的节点对中继节点的信干噪比；(5)在功率受限条件下，根据最大化系统信道容量与系统信干噪比的关系，建立最大化信干噪比的目标函数：5a)对于γ＝min{γSR,γRD}的系统信干噪比，根据最大化最小值理论，得到只与中继节点功率Pr相关的新目标函数：max(Ps,Pr)γ=-ksr+ksr2+4ksrksd(krrkrdPr2+krdPr)2ksd(krrPr+1)]]>s.t.0＜Ps+Pr≤Pt0＜Ps≤Pmax，0＜Pr≤Pmax，5b)对于γ＝min{γSR,γSD+γRD}的系统信干噪比，根据最大化最小值理论，得到只与中继节点功率Pr相关的新目标函数：max(Ps,Pr)γ=ksrkrdPrksr-ksd-ksdkrrPr]]>s.t.0＜Ps+Pr≤Pt0＜Ps≤Pmax，0＜Pr≤Pmax；(6)用(5)中得到的新目标函数γ对中继节点功率Pr求导，得到中继节点功率Pr的最优值，再根据最大化最小值理论建立的源节点功率Ps与中继节点功率Pr的关系，得到源节点功率Ps的最优值。...

【技术特征摘要】
1.一种全双工协作中继网络的最优功率分配方法，包括:(1)采用最小均方误差信道估计方法，分别估计源节点到中继节点的信道参数hSR、中继节点到目的节点的信道参数hRD、源节点到目的节点的信道参数hSD和中继节点环路信道参数hRR；(2)源节点对发送信号进行调制，将调制后的信号x(i)发送给中继节点和目的节点，中继节点获得接收信号g(i)，目的节点获得接收信号d(i)；(3)中继节点对总的接收信号r(i)进行解调后再重新编码，并将编码后的信号t(i)发送给目的节点，目的节点获得最终的接收信号：y(i)＝d(i)+hRDt(i)+nD(i)，其中，nD(i)为目的节点的高斯噪声，服从均值为0，方差为σD2的复高斯分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘毅，许笑微，杨臣，吴炯，张海林，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61