一种改进型解码转发中继通信系统资源分配方法技术方案

本发明专利技术公开了一种改进型解码转发中继通信系统资源分配方法，其先建立改进型解码转发中继通信系统的资源分配模型；然后确定每个子载波对的传输方式，为直接传输还是为中继传输，并确定传输方式为中继传输的每个子载波对相应的转发中继集合；接着通过建立改进型解码转发中继通信系统的资源分配模型的拉格朗日函数，获取功率的优化解；之后根据功率的优化解计算每个子载波对相应的传输速率贡献值；最后根据所有子载波对相应的传输速率贡献值，利用匈牙利算法，确定子载波对；优点是充分利用了第二时隙基站的静默时间及空闲子载波，且能根据信道差异自适应调整子载波配对与中继选择，这能最大化频谱利用率，在总功率一定的条件下使系统容量最大化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通信系统资源分配技术，尤其是涉及一种改进型解码转发中继通信系统资源分配方法。
技术介绍
OFDM(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，正交频分复用)技术具有频谱利用率高、抗衰落能力强、资源分配灵活及传输速率高等优点，已经成为当前和未来移动通信的关键技术。同时，中继技术作为LTE-A的关键技术，其能够保证通信系统的高覆盖率以及小区边缘用户的服务质量。在基于OFDM的中继通信系统中研究资源分配问题主要涉及中继选择、子载波分配和功率分配，合理的资源分配算法能够有效地提高通信系统资源的利用效率。因此，基于OFDM的中继通信系统资源分配问题得到了广泛的关注。中继的转发方式主要有放大转发(AF)、解码转发(DF)、编码协作(CC)等，目前针对解码转发中继通信系统的资源分配问题有了广泛的研究。在TDD(TimeDivisionDuplexing，时分双工)模式下，对于同一用户通信过程中前后两个时隙采用不同的子载波传输即实现子载波配对问题，能够有效地提高频谱效率。针对该问题，已经有研究提出并证明通过分别对基站-中继节点、中继节点-目的节点的链路信道增益排序，将相同排名序号的子载波进行配对是最优的配对方案。然而这种最优配对是限定在没有直传链路的情形下的，即通信过程只有在中继转发下才能实现，而实际中很多情形并非如此。在传统型中继(ConventionalRelay)资源分配问题研究中，在第二时隙中继转发过程中，基站保持静默，不继续传输信息。为了提高频谱利用率，有人提出了改进型中继(ImprovedRelay)通信的概念，使第二时隙基站能够利用未被中继占用的空闲子载波继续传输信息。针对改进型解码转发中继通信系统模型，有人提出了一些相应的资源分配方法，但是这些资源分配方法在选择转发中继时，有的资源分配方法一次传输过程中同一子载波对只选择一个最优的中继完成转发信息，空间分集增益较低；有的资源分配方法没有考虑到前后时隙信道的差异性，一次传输的两个过程中都选择了相同的子载波传输信息，这使得频谱利用率更低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种改进型解码转发中继通信系统资源分配方法，其以通信系统总功率限制条件下的容量最大化为目标，能够使通信系统获得更高的系统容量。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种改进型解码转发中继通信系统资源分配方法，其特征在于包括以下步骤：①假设改进型解码转发中继通信系统的总功率为PdBm，中继数目为K个，子载波数目为N个即子信道数目为N个，N个子信道具有相同的带宽并且各自经历独立的频率选择性瑞利衰落，其中，P>0，K≥1，N>1；并要求改进型解码转发中继通信系统工作在时分双工模式下，第一时隙：基站向中继及目的用户广播信号；第二时隙：中继将接收到的信号通过解码转发协议发送到目的用户，同时基站利用未被中继占用的子载波向目的用户发送信号；在改进型解码转发中继通信系统中，目的用户采用最大比合并方式接收信号；②建立改进型解码转发中继通信系统的资源分配模型，描述为：maxΣi=1NΣj=1NΣk∈Φ(i,j)ρ(i,j)2{φ(i,j)log2(1+α(i,j)Rp(i,j)R)+(1-φ(i,j))[log2(1+γiSD,1)+log2(1+γjSD,2)]本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进型解码转发中继通信系统资源分配方法，其特征在于包括以下步骤：①假设改进型解码转发中继通信系统的总功率为PdBm，中继数目为K个，子载波数目为N个即子信道数目为N个，N个子信道具有相同的带宽并且各自经历独立的频率选择性瑞利衰落，其中，P＞0，K≥1，N＞1；并要求改进型解码转发中继通信系统工作在时分双工模式下，第一时隙：基站向中继及目的用户广播信号；第二时隙：中继将接收到的信号通过解码转发协议发送到目的用户，同时基站利用未被中继占用的子载波向目的用户发送信号；在改进型解码转发中继通信系统中，目的用户采用最大比合并方式接收信号；②建立改进型解码转发中继通信系统的资源分配模型，描述为：maxΣi=1NΣj=1NΣk∈Φ(i,j)ρ(i,j)2{φ(i,j)log2(1+α(i,j)Rp(i,j)R)+(1-φ(i,j))[log2(1+γiSD,1)+log2(1+γjSD,2)]}]]>,]]>且该资源分配模型满足以下约束条件：A3:Σi=1NΣj=1NΣk∈Φ(i,j)ρ(i,j)[piS,1+φ(i,j)p(i,j)R+(1-φ(i,j))pjS,2]≤P;]]>A4:piS,1≥0,p(i,j)R≥0,pjS,2≥0;]]>其中，max()为取最大值函数，1≤i≤N，1≤j≤N，1≤k≤K，k表示中继序号，Φ(i,j)表示第一时隙中的子载波i上的信息在第二时隙中的子载波j上转发时的转发中继集合，ρ(i,j)和φ(i,j)的取值为0或1，ρ(i,j)＝0表示第一时隙中的子载波i和第二时隙中的子载波j不配对，ρ(i,j)＝1表示第一时隙中的子载波i与第二时隙中的子载波j配对，φ(i,j)＝0表示基站通过子载波对(i,j)直接向目的用户传输信息，φ(i,j)＝1表示子载波对(i,j)通过中继传输信息，子载波对(i,j)为由子载波i和子载波j组成的一个组合，表示中继传输时子载波对(i,j)对应链路的等效信道增益，符号“||”为取绝对值符号，表示基站到中继的链路在子载波i上的信道系数，为基站到Φ(i,j)中的每个中继的链路在子载波i上的信道系数中的最小信道系数对应的中继的序号，示中继k到目的用户的链路在子载波j上的信道系数，表示基站到目的用户的链路在子载波i上的信道系数，表示中继通过子载波对(i,j)传输时总的发送功率，表示第一时隙基站广播信号时在子载波i上的发送功率，表示φ(i,j)＝1时即第二时隙通过中继k传输时子载波j上的发送功率，表示φ(i,j)＝0时即直传时在第一时隙目的用户接收到基站通过子载波i传输的信号的信噪比，表示基站到目的用户的链路在子载波i上的加性高斯白噪声功率，表示φ(i,j)＝0时即直传时在第二时隙目的用户接收到的基站通过子载波j传输的信号的信噪比，表示φ(i,j)＝0时即直传时第二时隙的子载波j上的发送功率，表示基站到目的用户的链路在子载波j上的信道系数，表示基站到目的用户的链路在子载波j上的加性高斯白噪声功率；约束条件A1表示一个子载波能且只能与一个子载波配对，约束条件A2表示ρ(i,j)和φ(i,j)的取值只能为0或1，约束条件A3表示改进型解码转发中继通信系统的总功率限制，约束条件A4表示和只能为正数或0；③确定每个子载波对的传输方式：对于子载波对(i,j)，其传输方式的确定过程为：当且时，确定子载波对(i,j)的传输方式为中继传输；当或时，确定子载波对(i,j)的传输方式为直接传输，其中，αi,kSR=|hi,kSR|2σi,kSR,αiSD=|hiSD|2σiSD,αjRD=(Σk∈Φ(i,j)|hj,kRD|σj,kRD)2,]]>符号“||”为取绝对值符号，表示基站到中继k的链路在子载波i上的信道系数，表示基站到中继k的链路在子载波i上的加性高斯白噪声功率，表示中继k到目的用户的链路在子载波j上的加性高斯白噪声功率；④确定传输方式为中继传输的每个子载波对相应的转发中继集合：对于子载波对(i,j)，假设其传输方式为中继传输，则将其相应的转发中继集合即第一时隙中的子载波i上的信息在第二时隙中的子载波j上转发时的转发中继集合Φ(i,j)确定为其中，表示取使得的值最大时的中继，在此符号“{}”为集合表示符号；⑤_1、建立改进型解码转发中继通信系统的资源分配模型的拉格朗...

【技术特征摘要】
1.一种改进型解码转发中继通信系统资源分配方法，其特征在于包括以下步骤：
①假设改进型解码转发中继通信系统的总功率为PdBm，中继数目为K个，子载波数目为
N个即子信道数目为N个，N个子信道具有相同的带宽并且各自经历独立的频率选择性瑞利
衰落，其中，P＞0，K≥1，N＞1；
并要求改进型解码转发中继通信系统工作在时分双工模式下，第一时隙：基站向中继
及目的用户广播信号；第二时隙：中继将接收到的信号通过解码转发协议发送到目的用户，
同时基站利用未被中继占用的子载波向...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭涛，李有明，李婷，闫玉芝，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33