用于双向中继网络的中继处理和功率控制联合优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及中继网络技术领域，具体设及一种用于双向中继网络的中继处理和功 率控制联合优化方法。
【背景技术】
[0002] 中继技术已经在第四代无线通信标准中得到了广泛应用，它可W增加信噪比，提 高小区边缘用户性能，从而改善整个网络性能。
[0003] 双向中继网络利用两个时隙在两个用户节点间建立双向中继通信可W提供比单 向中继网络高一倍的频谱效率。在第一个时隙中，用户节点发送同步信号到中继站；在第二 个时隙中，中继节点处理接收的信号并向所有用户节点传递处理过的信号。
[0004] 多输入多输出技术（Multiple-i吨UtMultiple-output,MIMO)利用空间资源，能 够在不增加带宽和功率的前提下提高系统的容量和数据传输的有效性。在中继节点安装多 个天线，将多输入多输出技术应用于中继系统可W有效的提高系统的频谱效率和传输可靠 性。
[0005] 根据中继节点对信号的处理方式，可W将中继结点的转发方式分为两种：放大转 发（AmplifyandF'orward,AF)和解码转发值ecodeandF'orward,DF)。对于解码转发，中 继节点对收到的信号先进行解码再转发，可W得到较好的性能，但实现复杂度较高。而放大 转发中，中继节点不对收到的信号进行解码而直接进行放大转发，因此性能较差，但由于实 现简单，在实际系统中得到了广泛应用。
[0006]同信道干扰（C〇-channelInterference,CCI)，多址干扰（MultipleAccess Interference,MAI)等是无线通信系统中制约系统容量的主要因素，针对多天线双向中继 网络，通过设计中继处理算法可W有效抑制干扰。另外，如何分配中继节点和各用户的功 率，W保证用户性能的条件下使得网络的能源效率最优是构建绿色通信网络的关键技术。
【发明内容】
[0007] 本申请实施例通过提供一种用于双向中继网络的中继处理和功率控制联合优化 方法，将中继处理和功率控制联合设计优化，在满足用户信干噪比的条件下，优化分配用户 节点和中继节点发射功率，联合优化中继节点处理矩阵，使得双向中继网络系统的能源效 率最优。
[0008] 为解决上述技术问题，本申请实施例采用W下技术方案予W实现：
[0009] 提出一种用于双向中继网络的中继处理和功率控制联合优化方法，所述双向中继 网络包括中继节点和用户节点，包括：
[0010] 步骤Sl:建立双向中继网络模型，并初始化用户发射功率化；
[0011] 步骤S2 :建立中继节点的中继处理矩阵V;
[0012] 步骤S3 :基于中继处理矩阵更新用户发射功率；
[001引步骤S4 :计算总发射功率PtcW;
[0014] 步骤S5 :重复步骤S2至S4,在
^s时，得到用户节点最优发射 功率和中继处理矩阵；其中，t为迭代次数，e为设定的迭代终止条件。
[0015] 进一步的，所述步骤Sl中，中继节点同时接收多个用户节点的数据，并在中继节 点中处理后广播给用户节点。
[0016] 进一步的所述步骤S2具体为：基于最大化第一阶段用户节点端的用户信噪干比， 建#
基于V=VtxWVrx得到中继处理矩阵V;其中，Vrx表示上 行链路的接收处理矩阵，Vh表示下行链路的发射处理矩阵；O2为第一阶段传输引入的噪
声功率； ，为中继节点根据接收到的信号估计得到 ( 的信道；轉^为中继节点根据上下行信道间的互易性得到中继节点到各个用户节点的信道 矢量；
[001引进一步的，根据上下行链路的对偶性得到-a'''完。
[0019] 进一步的，所述建模的解为矩阵对（Rk，化）的广义特征向量。
[0020] 进一步的，所述步骤S3之前，还包括：规划中继处理和发射功率的联合 {!/,/;,/?[ =argmin.P 优化为： ;基于约束条件为等号时，总发射功率最小，得到 .Vi?訊V/?、> ;/,、 ， 02(W-DW)P = D(0201+。2);得到用户发射功率为：p = Q (0 1+0 202).其中， 巧沁E我中巧，巧^拆<巧，巧於]，丫k是用户节点k的目标信干噪比，0为中继 节点的放大因子；Q = (W-DW) 1〇化W和O分别为
[0023] 抹?心 0辭vi。2:…，酥\
[0024] 抹2 !伊气…'、J'j
[00巧]进一步的，在得到用户发射功率之前，所述方法还包括：求解矩阵DW的最大特征 值入max(DW);若 > 1，将A改为A'，使得Amax(DW) < 1 ;更新D。
[0026] 进一步的，所述步骤S4具体为：基于更新的用户发射功率和中继处理矩阵，得
/; =argmin的r(K间(。| + -'。2) 基于P= '化片'>~0 ，' 02tr(V?vH)，得到中继节点发射功率；基于用户节点发射功率和中继节点发射功率，得到 总发射功率PtDtai;其中，O=HPHVo2Li= [1，…，1]T。
[0027] 与现有技术相比，本申请实施例提供的技术方案，具有的技术效果或优点是：本发 明实施例提出的用于双向中继网络的中继处理和功率控制联合优化方法中，首先建立双向 中继网络模型，并初始化用户发射功率化，接着基于最大化第一阶段接收节点的用户信干 噪比的规则，建模
并基于建模得到中继节点的中继处理矩 {F，/,，/?} =argminC,"," 阵，规划中继处理和发射功率的联合优化为 V'P冻 ，基于约束条件为等号 s.i.SlNR,>y, 时总发射功率最小，推算得到用户发射功率和中继节点的放大因子，最终计算出总发射功 率，重复上述步骤，在第t次计算出的总发射功率与第t-1次计算出的总发射功率之间满足
时，得到最优的发射功率和中继处理矩阵；上述，在保证用户节点间 公平性的条件下，W用户节点的信干噪比为约束条件，W双向中继网络系统总发射功率最 下为目标函数，设定各个源节点的信干噪比，对中继处理算法和包括中继节点和各用户节 点的总发射功率进行优化，达到抑制用户节点间干扰，最小化系统总发射功率的技术效果。
【附图说明】
[0028] 图1为本发明实施例提出的用于双向中继网络的中继处理和功率控制联合优化 方法的流程图；
[0029] 图2为本发明提出的双向中继网络的具体实施例系统图；
[0030] 图3为基于图2提出的用于双向中继网络的中继处理和功率控制联合优化方法的 流程图；
[0031] 图4为基于图3提出的优化方法的收敛性能示意图；
[0032] 图5为基于图3提出的优化方法的中继放大因子对总发射功率大小的影响曲线 图。
【具体实施方式】
[0033] 本申请实施例通过提供一种用于双向中继网络的中继处理和功率控制联合优化 方法，在保证用户间公平性的条件下，W用户节点的信干噪比为约束条件，对中继节点处理 算法和各用户结点发射功率进行联合优化，W达到抑制用户间干扰，最小化双向中继网络 系统总发射功率的目的。
[0034] 信干噪比（Si即altointe;rferenceplusnoiseratio)，是指接收到的有用信号 的强度与接收到的噪声加干扰信号的强度比例。
[0035] 为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图W及具体的实施方式，对 上述技术方案进行详细的说明。
[0036] 如图1所示，为本发明实施例提出的用于双线中继网络的中继处理和功率控制联 合优化方法的流程图，包括W下步骤：
[0037] 步骤Sl:建立双向中继网络模型，并初始化用户发发射功率Pk。
[0038] 建立双向中继网络模型：建立的双向中继网络模型中，包括中继节点和N个用户 节点，两个用户节点通过中继节点进行信息交换，中继节点首先通过信道估计得到中继处 理矩阵，并通过用户信干噪比的约束条件得到用户发节点射功率和中继节点放大倍数。用 户节点通信过程分为两个阶段，第一阶段为用户节点发射信息到中继节点，第二阶段为中 继节点将放大处理后的信息发送给用户节点。
[0039] 对用户发射功率进行初始化：给定初始发射功率使得Pk声0 (Pk表示用户发射功 率）。
[0040] 双向中继网络采用的传输分为两个阶段。第一阶段为多接入阶段：用户向中继站 发射信号；第二阶段为广播阶段：中继站将处理后的信号发射给所有用户。
[0041] 步骤S2 :建立中继节点的中继处理矩阵V。
[0042] 给定发射功率后，可W建立中继节点的中继处理矩阵。
[004引用Vrx表示上行链路的接收处理矩阵，Vtx表示下行链路的发射处理矩阵，根据上下 行链路的对偶性可^ ^志。
[0044] 的设计规则为最大化第一阶段接收节点的用户信干噪比，即建模为W下优化问 题：
[004引其中，故:二如点!'7<谷^i：巧,巧'flhK为中继节点根据接收到的信号估 部 ；：, 计得到的信道；钱为中继节点根据上下行信道间的互易性得到中继节点到各个用户节点 的信道矢量；O 2为第一阶段传输引入的噪声功率；W ::^从乂也沾巧^ J €芭化^化. 该优化问题的解为矩阵对（RioQk)的广义特征向量。
[0047] 由此，可W得到中继节点的中继处理矩阵：
[0048] V=VtxWVrx;
[0049]其中，W -娘:,cM滅沒11言，…,J J J 11 € €餓处於
[0050] 步骤S3 :基于中继处理矩阵更新用户发射功率。
[0051] 在更新用户发射功率之前，首先规划发射功率和中继处理矩阵的联合优化问题， 考虑到用户节点间的公平性和能源效率问题，规划为：
[0052] !片 （I); 'V./.57A/7?、>V、.
[00閲其中，巧撫卡n彩-H/v巧'…'巧冲丫k是用户节点k的目标信干噪 比，0为中继节点的放大因子。
[0054] 从上面的公式可W看出，给定中继处理矩阵，当约束条件为等号的时候，总发射功 率最小，因此可W得到W下的方程：
[00巧]p2(w_Dw)p = D(p2〇1+0 2) 似；
[005引其中，W已在前面给出，D，W和O分别为；
[0059] 挣气y龄巧!:折…，!衣!糸节1齡Sj'';
[0060] 巧含二二卡V.'，!;
[006"其解为：p= [Pi，P2，…，PJ (3)，
[0062] 其中，Q= (W-DW) 1〇。
[0063]