本发明涉及无线通信技术领域，更具体地，涉及一种三中继节点协作通信功率分配方法。
背景技术
协作通信是可通过用户之间在通信时的相互协作而形成虚拟的mimo(multipleinputandmultipleoutput，多发射多接收天线)的一种空间分集技术。它克服了无线网络因为设备体积和功耗的限制不能在发射和接收时使用多天线发射接收技术的障碍，并能够达到mimo空间分集技术的性能。
根据中继节点对信息的处理方式，协作通信协议可分为af(amplifyandforward，放大转发)协议和df(decodeandforward，译码转发)协议。af协议是由中继将接收到的信号做简单的放大再转发给目的节点，这种方式系统开销和复杂度小，但也放大了噪声，降低了系统性能。对于使用af协议的协作通信mimo系统中包含三个中继节点的情况，目前的功率方案还存在协作链路容量不够大的问题。
有鉴于此，有必要提供一种能够解决上述技术问题的三中继节点协作通信功率分配方法。
技术实现要素：
本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种具有理想的协作链路容量的三中继节点协作通信功率分配方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种三中继节点协作通信功率分配方法，所述功率分配方法用于通信系统，所述通信系统包括第一节点、第二节点、第三节点、第四节点和第五节点，所述第一节点用于以功率p0向所述第二节点、所述第三节点、所述第四节点和所述第五节点发射第一信号，所述第二节点用于将接收到的第一信号放大并以功率p1发送至所述第五节点，所述第三节点用于将接收到的第一信号放大并以功率p2发送至所述第五节点，所述第四节点用于将接收到的第一信号放大并以功率p3发送至所述第五节点，所述第五节点用于将来自所述第一节点、所述第二节点、所述第三节点和所述第四节点的第一信号合并，其中，所述方法包括：
确定所述功率p0；
按照预设功率p、所确定功率p0和预设功率分配规则分别计算所述功率p1、所述功率p2和所述功率p3。
优选地，按照预设功率p、所确定功率p0和预设功率分配规则分别计算所述功率p1、所述功率p2和所述功率p3包括：
通过如下公式计算所述功率p1、所述功率p2和所述功率p3，
其中，符号(a)+＝max(a，0)，
优选地，所述预设功率p满足p＝p0+p1+p2+p3。
优选地，所述λ满足λ<γi，i＝1，2，3。
优选地，
第二节点接收到的信号表示为：
第三节点接收到的信号表示为：
第四节点接收到的信号表示为：
为了实现上述目的，本发明还提供了一种三中继节点协作通信方法，其包括以下步骤：
第一节点以功率p0向第二节点、第三节点、第四节点和第五节点发射第一信号；
所述第二节点将接收到的第一信号放大并以功率p1发送至所述第五节点，所述第三节点将接收到的第一信号放大并以功率p2发送至所述第五节点，所述第四节点将接收到的第一信号放大并以功率p3发送至所述第五节点，其中，所述功率p1、所述功率p2和所述功率p3根据预设功率p、功率p0和预设功率分配规则确定；
所述第五节点用于将来自所述第一节点、所述第二节点、所述第三节点和所述第四节点的第一信号合并。
优选地，所述功率p2和所述功率p3根据预设功率p、预设功率p0和预设功率分配规则确定包括：
通过如下公式计算所述功率p1、所述功率p2和所述功率p3，
其中，符号(a)+＝max(a，0)，
优选地，所述预设功率p满足p＝p0+p1+p2+p3。
优选地，所述λ满足λ<γi，i＝1，2，3。
优选地，
第二节点接收到的信号表示为：
第三节点接收到的信号表示为：
第四节点接收到的信号表示为：
与现有技术相比，本发明的技术效果包括但不限于：通过对基于af协议的协作通信系统中三个中继节点传输功率的配置，实现了系统信道容量的最大化，满足了大数据量传输对系统可靠性和稳定性的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明三中继节点协作通信方法的流程图；
图2为本发明三中继节点协作通信系统中节点设备的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本披露的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本披露，而不能解释为对本披露的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本披露的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本披露所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，这里所使用的“终端”、“用户设备”既包括无线信号接收器的设备，其仅具备无发射能力的无线信号接收器的设备，又包括接收和发射硬件的设备，其具有能够在双向通信链路上，进行双向通信的接收和发射硬件的设备。这种设备可以包括：蜂窝或其他通信设备，其具有单线路显示器或多线路显示器或没有多线路显示器的蜂窝或其他通信设备；pcs(personalcommunicationsservice，个人通信系统)，其可以组合语音、数据处理、传真和/或数据通信能力；pda(personaldigitalassistant，个人数字助理)，其可以包括射频接收器、寻呼机、互联网/内联网访问、网络浏览器、记事本、日历和/或gps(globalpositioningsystem，全球定位系统)接收器；常规膝上型和/或掌上型计算机或其他设备，其具有和/或包括射频接收器的常规膝上型和/或掌上型计算机或其他设备。这里所使用的“终端”、“终端设备”可以是便携式、可运输、安装在交通工具(航空、海运和/或陆地)中的，或者适合于和/或配置为在本地运行，和/或以分布形式，运行在地球和/或空间的任何其他位置运行。这里所使用的“终端”、“终端设备”还可以是通信终端、上网终端、音乐/视频播放终端，例如可以是pda、mid(mobileinternetdevice，移动互联网设备)和/或具有音乐/视频播放功能的移动电话，也可以是智能电视、机顶盒等设备。
本披露公开的三中继节点协作通信功率分配方法用于通信系统，所述通信系统包括第一节点、第二节点、第三节点、第四节点和第五节点，所述第一节点用于以功率p0向所述第二节点、所述第三节点、所述第四节点和所述第五节点发射第一信号，所述第二节点用于将接收到的第一信号放大并以功率p1发送至所述第五节点，所述第三节点用于将接收到的第一信号放大并以功率p2发送至所述第五节点，所述第四节点用于将接收到的第一信号放大并以功率p3发送至所述第五节点，所述第五节点用于将来自所述第一节点、所述第二节点、所述第三节点和所述第四节点的第一信号合并，其中，所述方法包括：
确定所述功率p0；
按照预设功率p、所确定功率p0和预设功率分配规则分别计算所述功率p1、所述功率p2和所述功率p3。
需要说明的是，确定功率p和p0的顺序不作限定。
请参阅图1，本披露公开的三中继节点协作通信方法包括以下步骤：
步骤101，第一节点以功率p0向第二节点、第三节点、第四节点和第五节点发射第一信号；
步骤102，所述第二节点将接收到的第一信号放大并以功率p1发送至所述第五节点，所述第三节点将接收到的第一信号放大并以功率p2发送至所述第五节点，所述第四节点将接收到的第一信号放大并以功率p3发送至所述第五节点，其中，所述功率p1、所述功率p2和所述功率p3根据预设功率p、功率p0和预设功率分配规则确定；
步骤103，所述第五节点用于将来自所述第一节点、所述第二节点、所述第三节点和所述第四节点的第一信号合并。
上述的预设功率分配规则包括：
通过如下公式计算所述功率p1、所述功率p2和所述功率p3，
其中，符号(a)+＝max(a，0)，
以下首先介绍如何利用并行中继信道下最大化系统容量的优化问题实现三中继节点协作通信方法。
对于两个协作节点的情况，af协作协议可以分为三个阶段实现：
阶段一，源节点发射信号，分别传输给目的以及中继。
阶段二，中继节点对接收到的来自源节点的信号进行放大，之后将处理后的信号以一定的功率向目的节点转发。
阶段三，目的节点对两个阶段接收到的信号进行合并，这里我们采用最大比合并(mrc，maximalratiocombining)，从而得到源节点的信号。
为了计算三个节点之间的功率分配比例，我们先来推导多个节点的情况，假设一共的传输功率p是固定的，pi是分配给第i个节点的功率。功率分配比ai(i＝0,1,…,nt-1)等于pi/p，它需要在节点功率分配比(a0)和(n-1)中继(a1,a2,…an-1)上的最优配置来增大系统容量。
协作节点采用af协议的功率分配优化问题如式(1-1)所示。
其中，
在多个协作节点的情形下，有一种情况也可以将信号传播分为两个阶段，那就是在两跳协作系统中，完成数据的传输。即源节点s在第一步广播它的信息，即广播阶段。第二步为多节点{ri,i＝1,2,…,n-1}平行传输，主要表现为多址接入阶段。s和ri的传输功率分别由p0和pi(i＝1,2,…,n-1)表示。正如上面所提到的同样的规则，在第一步,接收到的信号，可以写为：
每个中继对接收到的信号进行一定的处理，即对来自信源的接收信号进行放大，之后，以一定的功率将其转发到目的。在第二步第i个中继将处理后的信号再发给目的，即有：
放大系数βi应满足约束条件
在正交中继信道中，d从中继处接收n个互不干扰信源符号。若已知信道系数，n个符号在d相干归并来提高接受snr(signal-noiseratio，信噪比)。使用af策略，并行中继信道下最大化系统容量的优化问题为：
上述最大化容量的功率分配策略的结果如下：
当(a)+＝max(a,0),
根据上述一些列的计算，我们将三个节点的情况分别带入公式(1-6)可得：基于af协议三协作节点渐进最优功率分配方案为：
以下说明三中继节点协作通信方法的具体实施步骤。
步骤201：源节点s发射信号，分别传输给目的节点d以及中继节点r1、中继节点r2、中继节点r3。
源节点s发射的信号，经过衰减和白噪声后达到目的节点d。
步骤202：中继节点r1、中继节点r2和中继节点r3对各自接收到的来自源节点s的信号进行放大，之后将处理后的信号以一定的功率向目的节点d转发。
中继节点r1接收到的信号表示为：
其中，p0表示源节点s的传输功率，hsr1表示源节点s至中继节点r1的信道衰落系数，nsr1表示源节点s与中继节点r1间的加性高斯白噪声。
中继节点r2接收到的信号表示为：
其中，p0表示源节点s的传输功率，hsr2表示源节点s至中继节点r2的信道衰落系数，nsr2表示源节点s与中继节点r2间的加性高斯白噪声。
中继节点r3接收到的信号表示为：
其中，p0表示源节点s的传输功率，hsr3表示源节点s至中继节点r3的信道衰落系数，nsr3表示源节点s与中继节点r3间的加性高斯白噪声。
源节点s发射的信号，经过衰减和白噪声后分别到达中继节点r1、中继节点r2和中继节点r3。中继节点r1、中继节点r2和中继节点r3各自将来自源节点s的信号进行功率放大，并发送给目的节点d。
假设源节点以及三个中继节点发送功率的总和为p，符号(a)+表示(a)+＝max(a，0)，则三个节点各自发送的功率按以下方式分配。
中继节点r1的发送功率：
中继节点r2的发送功率：
中继节点r3的发送功率：
其中，
同时，λ需满足：λ<γi
步骤203：目的节点d对两个阶段接收到的信号采用最大比合并法(mrc)进行合并，从而接收到源节点s发射的信号。
目的节点接收到的信号表示为：
其中，p0表示源节点s的传输功率，hsd表示源节点s至目的节点d的信道衰落系数，nsd表示源节点s与目的节点d间的加性高斯白噪声。
目的节点d接收到来自中继节点r1的信号表示为：yr1d＝hr1dβ1ysr1+nr1d
其中，hr1d表示中继节点r1至目的节点d的信道衰落系数，β1表示中继节点r1的放大系数，满足约束条件
目的节点d接收到来自中继节点r2的信号表示为：yr2d＝hr2dβ2ysr2+nr2d
其中，hr2d表示中继节点r2至目的节点d的信道衰落系数，β2表示中继节点r2的放大系数，满足约束条件
目的节点d接收到来自中继节点r3的信号表示为：yr3d＝hr3dβ3ysr3+nr3d
其中，hr3d表示中继节点r3至目的节点d的信道衰落系数，β3表示中继节点r3的放大系数，满足约束条件
需要说明的是，以上所述的源节点也包括作为另一个协作通信系统中的某一个中继节点的情况，此时源节点发射的“源信号”实际为转发所接收到的信号。以上所述的目的节点也包括作为另一个协作通信系统中的某一个中继节点的情况，此时，在该节点合并后的信号将被继续转发出去。
请参阅图2，前述通信系统中各节点对应的设备可以包括：处理器1001，例如cpu，网络接口1002，用户接口1003，存储器1004。这些组件之间的连接通信可以通过通信总线实现。网络接口1002可选的可以包括标准的有线接口(用于连接有线网络)、无线接口(如wi-fi接口、蓝牙接口、红外线接口等，用于连接无线网络)。用户接口1003可以包括显示屏(display)、输入单元比如键盘(keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口(例如用于连接有线键盘、有线鼠标等)和/或无线接口(例如用于连接无线键盘、无线鼠标)。存储器1004可以是高速ram存储器，也可以是稳定的存储器(non-volatilememory)，例如磁盘存储器。存储器1004可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
可选地，节点设备还可以包括摄像头、rf(radiofrequency，射频)电路，传感器、音频电路、wifi模块等等。
本领域技术人员可以理解，图中示出的节点设备结构并不构成对节点设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
结合以上对本披露的详细描述可以看出，与现有技术相比，本披露至少具有以下有益的技术效果：
协作通信系统性能的优劣与资源分配策略的选择密切相关，而功率分配问题又是资源分配的重要问题之一，本发明的技术方案通过对基于af协议的协作通信系统中三个中继节点传输功率的配置，实现了功率的有效分配和系统信道容量的最大化，满足了大数据量传输对系统可靠性和稳定性的需求。
本技术领域技术人员可以理解，本披露包括涉及用于执行本披露中所述操作中的一项或多项的设备。这些设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以包括通用计算机中的已知设备。这些设备具有存储在其内的计算机程序，这些计算机程序选择性地激活或重构。这样的计算机程序可以被存储在设备(例如，计算机)可读介质中或者存储在适于存储电子指令并分别耦联到总线的任何类型的介质中，所述计算机可读介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、cd-rom、和磁光盘)、rom(read-onlymemory，只读存储器)、ram(randomaccessmemory，随即存储器)、eprom(erasableprogrammableread-onlymemory，可擦写可编程只读存储器)、eeprom(electricallyerasableprogrammableread-onlymemory，电可擦可编程只读存储器)、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，可读介质包括由设备(例如，计算机)以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。
本技术领域技术人员可以理解，可以用计算机程序指令来实现这些结构图和/或框图和/或流图中的每个框以及这些结构图和/或框图和/或流图中的框的组合。本技术领域技术人员可以理解，可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专业计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来实现，从而通过计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来执行本披露公开的结构图和/或框图和/或流图的框或多个框中指定的方案。
本技术领域技术人员可以理解，本披露中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本披露中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本披露中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
以上所述仅是本披露的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本披露原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本披露的保护范围。