需要指出的是，方程似有解的条件是Amax值W) < 1/ 丫，Amax( ?)表示矩阵最 大特征值，也即，存在正的向量P和正的0满足联合优化问题（1)中的信干噪比条件，若 入max值W) >1，则需将入改为入'，使得入max值W) <1后，更新D，最终计算P和0。
[0064] 步骤S4 :计算总发射供率Pt。^。
[0065] 基于更新的用户发射功率和中继处理矩阵，将（3)代入（1)得到中继节点的放大 因子
[0066] 0 =ar邑min0 2化（V巫yH)+iQ(O1+P2O2).
[0067]
[0068] S.t. 0 > 0
[0069] 其解为终?参^緻磅/MF患y双).其中，巫=HPtf+O21，I= [1，......，l]T。
[0070] 然后，基于1\= 0 2tr(v〇yH)，得到中继节点发射功率。
[0071]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Pt。^。
[0072]步骤S5 :重复步骤S2至S4,判断是否满足
，若是，步骤S6 : 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；若否，重复步骤S2至S4。
[0073] 上述，W用户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小为目 标函数，设定各个源节点的信干噪比，将中继节点的中继处理矩阵和用户节点发射功率进 行联合优化，达到抑制用户节点间干扰，最小化系统发射功率的技术效果。
[0074] 下面如图2所示，结合一个具体实施例说明本发明提出的用户双向中继网络的中 继处理和功率控制联合优化方法。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，并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低。 [00巧]实施例一
[0076] 图2所示的双向中继网络中，包括4个用户节点和一个中继节点。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V，并通过用户 信干噪比的约束条件得到用户节点发射功率和中继节点放大倍数。用户通信过程分为两个 阶段：第一阶段，用户节点发射信息到中继节点，第二阶段，中继节点将放大处理后的信息 发送给用户节点。
[0077] 本实施例中，无线通信系统包括4个源端收发机和一个双向中继站，每个用户 节点装有一根天线，中继站配备4跟天线，在不失一般性情况下，假设userzi和user211， iG{1,2}是通过中继站传输信息的两个用户。采用QPSK调制，A,气A:资{1、义;14}表 示从用户节点到中继站的信道。所有信道均为平坦瑞利衰落信道。噪声功率为10 3地。所有用户的目标的信干噪比SNR相同，设为丫 1= 丫 2= 丫3=丫4= 10地，初始发射功率为 0. 1W。迭代终止条件为G= 10 3。
[007引如图3所示，该优化过程包括W下步骤：
[0079] 步骤S31 :初始化用户节点发射功率Pk;PK声0,K= 1，2, 3, 4。
[0080] 用户节点向中继站发送导频信号，中继站根据接收到的信号进行信道估计，得到 信道h|(。
[0081] 步骤S32 :计算中继处理矩阵V(t-l)，t为从1开始计数的迭代次数，
[0082] 中继站根据上下行信道间的互易性得到中继站到各个用户的信道信息、由此 构建獻心沒3，磅^ ￡媒巧卡|基于建模
得到中 继处理矩阵V(t-l)。
[0083] 步骤S33 :基于V(t-1)构建矩阵D(t-1)，W(t-1)和O1 (t-1);
[0084] 步骤S34 :求解Am。,值W)，判断Am。、值W)是否小于
，若是，执行步骤S36,若否， 执行步骤S35。
[00财步骤S35 :将A改为A'，使得Amax值W)小于，更新D(t-l)。
[008引步骤S36 :计算总发射功率Pt。^ (t-1)。
[0087] 首先，基于V(t-l)和P=Q(〇i+e2〇2)计算用于发射功率，并根据公式
计算中继站放大因子，由Pf=P2tr(V?yH)得到中继站发射功率， 继而得到总发射功率巧。,。/片-4 = ^尸1+巧。
[0088] 步骤S37 :将迭代次数加1，即t=t+1 ;返回执行步骤S32-S36,计算中继处理矩阵 ￥似，基于￥似计算总发射功率？,。,。1似；
[0089] 步骤S38:计算是否满足
，若否，返回步骤S37,重复步骤 S32-S36。
[0090] 若满足，则说明得到了用户最优发射功率和中继站中继处理矩阵。
[0091] W上，训练阶段结束后，用户节点和中继站使用优化得出的功率和中继处理矩阵 进行通信，第一阶段为用户节点向中继站发送信号，中继站接收到信号表示为：
[0092] r=八、乐、' +G('、，S= [Si,........，SJ是所有用户节点传输的单位功率信 号，P=diagiPi，.......，P2k}是用户发射功率，/veCWr是均值为0,方差为及[巧,."f]=知2 的高斯白噪声。
[0093] 中继站处理接收到的用户节点信号X= 0化，0和V分别为中继站的放大因子和 中继处理矩阵。中继处理矩阵完成一对用户节点间的数据交换并且抑制用户间的干扰。因 此，中继站的发射功率为：
[0094] Pf= 0 2tr(V巫/)，其中，Pr表示中继站发射功率，巫=HPHVo2K
[0095] 第二阶段，中继站将处理后的信号发送给用户节点，由于信道上行链路和下行链 路之间的互易性，用户接收的信号为：
[009引y=HVn,运里n=扣，......，dJTgC2k^i里0 ,服从均值为0,方差为0 % 高斯分布。用户节点k接收到的噪声功率可W表示为：
[0097] a'i- =(/?- //Af-F//； +])〇--；
[0098] 因此，用户userzi和user211接收到的信干噪比为：
[0101] 如图4所示，为本实施例方法中收敛性能示意图，由图中可W看出，本方法收敛迅 速，在迭代次数t= 5-10之间可W得到最小发射总功率和中继处理矩阵。说明本发明实施 例提出的方法具有快速优化的性能。
[0102] 如图5所示，为本实施中中继放大因子对总发射功率大小的影响曲线图，从图中 可W看出，随着放大因子的增加，总功率先减少再增加，因此，总功率必然存在最小值。说明 本发明实施例提出的方法必然存在最优化值。
[0103] 上述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，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小为目标函数， 设定各个源节点的信干噪比，将中继处理矩阵和各节点发射功率联合进行优化，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。
[0104] 应当指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例， 本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改性、添加或替换，也应 属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 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，其特征在于，包括： 步骤S1 :建立双向中继网络模型，并初始化用户发射功率Pk; 步骤S2 :建立中继节点的中继处理矩阵V ; 步骤S3 :基于中继处理矩阵更新用户发射功率； 步骤S4 :计算总发射功率Ptotal; 步骤S5 :重复步骤S2至S4,在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，ε为设定的迭代终止条件。2. 根据权利要求1所述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，其 特征在于， 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。3. 根据权利要求1所述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，其 特征在于， 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，建模基于V = VtxWVn得到中继处理矩阵V ; 其中，V"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；〇2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；&|'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；4. 根据权利要求3所述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，其 特征在于，根据上下行链路的对偶性得到5. 根据权利要求3所述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，其 特征在于， 所述建模的解为矩阵对（Rk，Qk)的广义特征向量。6. 根据权利要求3所述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，其 特征在于， 所述步骤S3之前，还包括： 规划中继处理和发射功率的联合优化为基于约束条件为等号时，总发射功率最小，得到； 得到用户发射功率为：其中，，yk是用户节点k的目标信干噪比，β 为中继节点的放大因子；Ω = (W-?Ψ) 1D ;D，ψ和σ分别为7. 根据权利要求6所述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，其 特征在于，在得到用户发射功率之前，所述方法还包括： 求解矩阵?Ψ的最大特征值λ_φΨ);更新D。8. 根据权利要求6所述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，其 特征在于， 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，得到基于P1= β 2tr(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Ptotal; 其中，CD=HPHVo21, i=[!，…，
【专利摘要】本发明提供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，包括：建立双向中继网络模型，并初始化用户发射功率Pk，建立中继节点的中继处理矩阵V，以及基于中继处理矩阵更新用户发射功率，和计算总发射功率Ptotal，并重复上述步骤，在时，得到用户节点最优发射功率和中继处理矩阵。上述，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。
【IPC分类】H04W52/24, H04W52/46
【公开号】CN105188123
【申请号】CN201510473592
【发明人】江冬梅, 于海生, 卜庆凯
【申请人】青岛大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年8月5日