針對總功率受限的雙跳全雙工df中繼系統最優功率分配方法
【專利摘要】針對總功率受限的雙跳全雙工DF中繼系統最優功率分配方法，屬于無線傳輸【技術領域】。本發明為了解決雙跳全雙工解碼轉發中繼(Decode-and-Forward，DF)系統的總功率受限問題。求解端到端的中斷概率Po(γth)；當節點總的發射功率受限為pTotal時，雙跳全雙工DF中繼最優功率分配策略等價為非線性最優化；最優功率分配的過程為：設代價函數J(p0，p1，λ)，其中λ為中間參數，對代價函數J(p0，p1，λ)求梯度得，設迭代精度門限值ε，利用等功率分配對p0和p1進行初始化，判斷條件為和為針對總功率受限的雙跳全雙工DF中繼最優功率分配結果。本發明適用于雙跳全雙工DF中繼系統的最優功率分配，使得系統的端到端的中斷性能達到最佳。
【專利說明】針對總功率受限的雙跳全雙工DF中繼系統最優功率分配 方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種功率分配方法，屬于無線傳輸【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 第五代移動通信將為用戶提供更高的數據傳輸速率和更好的服務質量。然而，要 在有限的頻譜資源上實現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。盡管多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output,ΜΙΜΟ)技術已經極大地提高 了無線通信系統的性能和容量，并且近年來得到了迅猛的發展，已成為新一代無線通信的 核心技術之一，然而現有通信系統中，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 實現同時雙向的傳輸現已成為5G后續演進技術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逐漸引起了人們的重視，全雙工無線通信技術旨 在利用同一頻率進行同時收發，這樣既節省了時間資源又節省了頻率資源，理想的全雙工 系統的頻譜利用率是FDD系統以及TDD系統的二倍。而全雙工中繼系統則是全雙工技術 與中繼技術的結合，提高系統的頻譜利用效率的同時還能夠提高系統容量增加系統覆蓋面 積。而最優功率分配策略，則是中繼系統達到最優性能的保障。傳統的最優功率分配策略 都是針對半雙工中繼系統的，而對于全雙工中繼系統，系統架構與半雙工完全不同，因此需 要重新構建適用于全雙工中繼系統的最優功率分配策略。
【發明內容】
[0004] 針對雙跳全雙工解碼轉發（Decode-and-Forward，DF)中繼系統的總功率受限問 題，設計一種針對總功率受限的雙跳全雙工DF中繼系統最優功率分配方法。
[0005] 本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是：
[0006] 針對總功率受限的雙跳全雙工DF中繼最優功率分配方法，所述雙跳全雙工DF中 繼系統由源節點（R。)，中繼節點取）以及目的節點（R 2)組成，信號傳播的信道為瑞利衰落 信道，假設Pi為節點Ri α = 〇, 1)的發射信號的功率，即源節點&的發射功率是P(1，中繼節 點Ri的發射功率是Pl，當不考慮自由空間傳播損耗時，節點& (j = 1，2)的接收到的來自節 點Ri(i = 0, 1)的經過衰落信道后信號的平均信噪比藝為：
[0007]
【權利要求】
1.針對總功率受限的雙跳全雙工DF中繼最優功率分配方法，所述雙跳全雙工DF中繼 系統由源節點R〇,中繼節點&以及目的節點R2組成，信號傳播的信道為瑞利衰落信道，假設 Pi為節點氏(i = 〇, 1)的發射信號的功率，即源節點R〇的發射功率是P〇,中繼節點札的發 射功率是口:，當不考慮自由空間傳播損耗時，節點I^(j = 1，2)的接收到的來自節點Rji = 0, 1)的經過衰落信道后信號的平均信噪比尺;為：
(1) 其中為信道衰落系數的模值的均方值，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Y th時，雙跳全雙工DF中繼系統的端到端的中斷概率PJ γ th) 為：
(2) 步驟二、當節點總的發射功率受限為pT(rtal時，雙跳全雙工DF中繼最優功率分配策略等 價為非線性最優化問題：
約束條件：Po+Pi = PT()tal 等價于：
(4) 約束條件：Po+Pi = PT()tal
，對目標函數去自然對數運算后，最優化問題等價 為：
(5) 約束條件：Pd+Pi = PT()tal 其中： 最終最優功率分配問題轉化為公式（5)所示； 步驟三、進行最優功率分配，過程如下： (6) 步驟1:設代價函數·KPmPi，λ)，其中λ為中間參數；
步驟2 :對代價函數J(P(I，Ρι，λ)求梯度得，
步驟3 :令梯度VJ=0,得到方程組：
(9) 步驟4 :解方程組后得到：
(10) 其中
(II 步驟5 :設迭代精度門限值ε，利用等功率分配對源節點&的發射功率P(l和中繼節點 札的發射功率Pl進行初始化，即
步驟6:令中間變量g等于P(l; 步驟7 :將P。和Pi帶入公式（10)中，求得新的; 步驟 8 :p! = pTQtal-p0 ; 步驟9 :判斷條件I凡-g| < f是否成立，如果不成立，則跳回步驟6 ;如果條件成立，則 繼續步驟10 ; 步驟10 :此時的p。= 和A W即為針對總功率受限的雙跳全雙工DF中繼最 優功率分配結果。
2.根據權利要求1所述的針對總功率受限的雙跳全雙工DF中繼系統最優功率分配方 法，其特征在于：所述方法步驟5中所述迭代精度門限值ε的取值為小于或等于0. 01。
【文檔編號】H04W72/08GK104093210SQ201410360142
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月25日 優先權日:2014年7月25日
【發明者】韓帥, 陳雷, 孟維曉 申請人:哈爾濱工業大學