专利名称：功率分配、信道分配与中继节点选择的联合优化方法
技术领域：
本发明属于无线通信资源管理领域，特别涉及一种功率分配、信道分配与中继节点选 择的联合优化方法。
背景技术：
下一代移动通信系统不仅仅要能够提供高数据率、高可靠性的通信服务，还要支持不 同业务各自的服务质量(QoS: Quality of Service)的要求和公平性准则。无线中继通 信利用了无线信道的广播特性，借助了中继节点的接收信号和发送功率来协作信源-信宿 链路进行通信，它可以提高无线通信系统的传输速率、降低误码率、改善覆盖情况，具有 广泛的应用场景。
在无线通信系统中，每个节点的发射机受限于射频功率放大器的性能或者电池的容 量，具有各自单独的功率约束。信源节点有与他人通信的需求，需要消耗自身的发射功率， 而中继节点协助其它的信源-信宿链路进行通信也需要消耗发射功率。有时，中继节点同 时也是另一个链路的信源节点，不论是发送自己的信号还是协助其它链路通信都要消耗功 率。因此，无线中继通信系统中的各个节点需要合理的分配自己的发送功率，以达到整个 系统的最优性能。
此外，不同链路之间的相互干扰是影响无线通信系统性能的重要因素。所以，无线通 信系统中常要求各个通信链路的信道彼此正交，这可以通过时分多址(TDMA)、频分多 址(FDMA)或者两者相互结合(FVTDMA)等方式来实现。在正交信道的假设条件下， 小区内可以分配的信道资源是有限的，每个链路只能占据一定比例的信道资源。给信道质 量好的链路分配更多的信道资源可以提供更高的传输速率。所以，还需要信道分配方法以 实现更高的传输速率。
在中继通信系统中，每个节点都可以作为中继节点协助其它信源-信宿链路进行通信。 前面，指出各个通信链路的信道彼此正交，而为某个通信链路服务的中继节点与该通信链 路使用相同的信道。所以， 一个中继节点可以在多个相互正交的信道上为多个信源-信宿 链路服务。在无线通信系统中，各节点之间的信道质量受到传输距离、阴影和衰落的影响， 差异很大。 一个中继节点协助不同的信源-信宿链路通信得到的传输速率的受益有很大差 别。因此，需要选择每个中继节点为哪些通信链路服务，以便取得更高的传输速率。
基于以上分析，需要设计一种功率分配、信道分配与中继节点选择的联合优化方法，
5来达到更高的传输速率。
无线中继通信系统现有的无线通信资源管理方法，或者采用功率注水或功率注水的变 形方法来实现功率分配，但是它没有考虑到信道分配的优化，其性能仍然较差(功率注水 方法和其中河床高度、水位高度、河水深度的概念见S. Boyd and L. Vandenberghe， Convex Optimization. Cambridge, UK: Cambridge Univ. Press, 2004， pp. 245. 功率注 7K的变形方法见S. Serbetli and A. Ye匿Relay assisted F/T腿ad hoc networks: Node classification, power allocation and relaying strategies, IEEE Trans. Commun.， vol. 56， pp. 937-947, 2008.);或者采用标准的凸优化方法做功率分配与信 道分配的联合优化，但是该方法只适合于在节点数目很少的通信系统中进行联合优化，该 方法在节点数目比较多的实际无线中继通信系统中计算复杂度很高，因而可实现性比较差
(见Zhimeng Zhong; Shihua Zhu; Gangming Lv， "Orthogonal multi-relay networks: capacity bounds and optimal resource allocation. '， 3rd International Conference on Communication Systems Software and Middleware and Workshops(C0MSWARE) , 2008, pp. 192 -195.)。中继节点选择可以用整数规划问题来描述，多数情况下其最优解只能采 用穷举法找到，复杂度较高。因此，可以采用贪婪算法来得到中继节点选择的近似最优解。
(见Zhihua Tang, Youtuan Zhu,' GuoWei， Jinkang Zhu, An 0FDMA-Based Subcarrier and Power Allocation Scheme in Wireless Cooperative Cellular Systems, Wireless Pers Commun， DOI: 10.1007/sl1277-008-9522-1.)
已有的一种无线中继通信系统中的信源节点与中继节点的功率分配优化方法，如图1 所示，包括以下步骤
(1) 系统初始化各个信源-信道链路平均分配信道资源，以平均分配或者随机分配的方 式，对每个节点发送功率进行分配；
(2) 各个节点的功率分配每个节点根据其它节点的功率分配值，采用功率注水的变形 方法独立地进行功率优化，每天链路的发送功率具有最大约束值；
(3)返回步骤(2)进行迭代，直至满足收敛条件。 所述步骤(2)的功率注水的变形方法，具体包括以下步骤
(2.1) 每个信道链路上根据信道的质量确定一个"河床高度"；
(2.2) 将发射功率首先分配给"河床高度"最低的信道链路；
(2.3) 当该最低的信道链路"水位高度"逐步增加，超过其它多个信道链路的"河床
高度"以后，再对该最低的信道链路和其它多个信道链路一起进行功率注水，使得所述各
个信道链路的"水位高度"相等；
这些信道链路上的发射功率值(注水功率值)为水位高度与河床高度之差，即"河水 深度"，当某个信道链路的发送功率达到最大约束值时，该信道链路的发送功率也不再继续增加，剩余发送功率分配给发送功率未达到最大约束值的其它信道链路；
(2.4)当各信道链路的功率分配值之和等于该节点的总发射功率约束值时，或者每个 信道链路的发送功率值都达到该链路发射功率的最大约束值时，发送功率分配结束。
由于这种功率分配的方法没有考虑信道分配的优化，其性能距离功率分配与信道分配 的联合优化结果尚有较大差距。(见S. Serbetli and A. Yener: Relay assisted F/TDMA ad hoc networks: Node classification, power allocation and relaying strategies, IEEE Trans. Commun. ， vol. 56, pp. 937-947， 2008.)。
已有的一种在具有单一信源-信宿链路和多个中继节点的无线中继通信系统中，功率 分配与信道分配的联合优化方法，该方法是将系统的传输速率优化问题转化为一个以功率 分配与信道分配为优化参数的凸优化问题；即采用标准的凸优化方法对功率分配与信道分 配进行联合优化；得到联合优化结果。
(见Zhimeng'Zhong; Shihua Zhu: Gangming Lv， "Orthogonal multi-relay networks: capacity bounds and optimal resource allocation. '， 3rd International Conference on Communication Systems Software and Middleware and Workshops(C0MSWARE) , 2008, pp. 192 -195.)
该方法利用了标准的凸优化方法对功率分配与信道分配进行联合优化，在一个节点数 目较少的通信系统中比较容易实现。但是在节点数目比较多的实际无线中继通信系统中， 该问题转化为一个具有很多优化变量的高维优化问题，标准的凸优化方法收敛速度仍然会 很慢。
(见Y. Liang, V. V. Veeravalli and H. V. Poor, "Resource allocation for wireless fading relay channel: Max-min solution, ，， IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 53, pp. 3432-3453， Oct. 2007.第3450页)
在具有单一信源-信宿链路的无线中继通信系统中，每个中继节点都只能为协助这一 个信源-信宿链路进行通信，不需要通过中继节点选择来进一步提高传输速率。而在实际 的多节点无线中继通信系统中，除了功率分配和信道分配，还需要做中继节点的选择来进 一步提高传输速率。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种功率分配、信道分配与中继节 点选择的联合优化方法。该方法提出的功率分配和信道分配联合优化算法，可以达到功率 分配和信道分配的最优分配结果，其性能优于只进行功率分配的方法。而且该方法与标准 的凸优化方法相比，计算复杂度较低，收敛速度很快，可满足无线中继通信系统对无线通 信资源管理计算速度的要求。本发明提出一种功率分配、信道分配与中继节点选择的联合优化方法；其特征在于 采用功率分配与信道分配迭代的方法来实现功率分配和信道分配的联合优化；当联合
优化结果中一个中继节点协助某条链路通信的发射功率分配参数和信道分配参数不为零， 该中继节点被选中为这条链路服务；如果该中继节点协助某条链路通信的发射功率分配参 数和信道分配参数为零，该中继节点未被选中为这条链路服务；所述功率分配与信道分配 迭代的方法为根据信道分配结果做功率分配的过程，根据功率分配结果做信道分配的过 程，该两个过程做相互的迭代过程，实现功率分配和信道分配的联合优化。 本发明的特点及效果
本发明基于在多节点无线中继通信系统中，同时有多个信源-信宿链路需要被服务， 这些信源-信宿链路通过相互正交的信道的链路进行通信。其中每条链路根据信道质量情 况，可以得到零个、 一个或多个中继节点的协助。为了实现功率分配、信道分配与中继节 点选择的联合优化，系统中的中心控制节点(比如蜂窝系统中的基站)需要知道各个节点 之间的信道质量信息。每个节点需要发送已知信号序列(以导频或者训练序列等形式)， 以便其它节点进行信道估计。然后，各个节点将估计得到的信息发送给中心控制节点。通 过这个过程，中心控制节点可以获得各个节点之间精确的信道质量信息，再由中心控制节 点完成功率分配、信道分配与中继节点选择的联合优化。最后，将功率分配、信道分配和 中继节点选择的结果广播告诉各个节点，各节点按照联合优化的结果进行通信。
在本发明其中的功率分配过程中，利用了功率注水或其变形方法，以很低的计算复杂
度实现了功率分配的最优结果。在其中的信道分配过程中，利用了线性规划或者贪婪算法， 同样以很低的计算复杂度实现了功率分配的最优结果。将功率分配与资源分配循环串行迭 代，或者同时并行迭代，可以达到功率分配和信道分配的最优分配结果。在上述功率分配 与资源分配的联合优化方法中，允许一个中继节点为某跳信源-信宿链路服务时被分配的 功率与资源参数为零，实现了中继节点最优的选择。
图1是已有功率分配优化方法的示意图。
图2是本发明功率分配、信道分配与中继节点选择的联合优化方法实施例一流程图。
图3是本发明功率分配、信道分配与中继节点选择的联合优化方法实施例二流程图。
图4是本发明功率分配、信道分配与中继节点选择的联合优化方法实施例三流程图。
图5是本发明的功率注水方法的流程图。
图6是本发明的功率注水变形方法一的流程图。
图7是本发明的功率注水变形方法二的示意图
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具体实施例方式
本发明提出的一种中继节点选择、功率分配与资源分配的联合优化方法，结合附图及 实施例详细说明如下 实施例一
考虑时分多址(TDMA)中继通信系统的中继节点选择、功率分配与资源分配的联合
优化方法。此中继通信系统中，各中继节点采用非重构的译码转发(Non-regenerative Decode and Forward, NDF)和放大转发(Amplify and Forward, AF)两种中继传输方式。 并且各中继节点采用半双工模式，即中继节点接收信源的发送信息(第一跳)与向信宿转 发信息(第二跳)采用的是两个相互正交的信道。
该通信系统的中继节点选择、功率分配与资源分配的联合优化方法具体，如图2所示， 包括以下步骤
(1)系统初始化将无线中继通信系统中各个信源和中继节点的发射功率和信道 资源采用平均分配或者随机分配的方式分配给各个链路；
(2) 根据信道分配结果的功率分配过程基于初始化或者上次迭代给出的信道分配 结果，按照每个节点参与各条链路通信的总功率约束，通过功率注水该节点的功率优化， 功率优化的结果采用每单位信道上的平均发射功率(即发射功率与信道分配值之比)来表 示(一个节点作为信源节点或者中继节点参与各条链路通信的功率分配参数若为零，则该 节点不参与此链路通信过程)；
(3) 根据功率分配结果的信道分配过程基于步骤(2)给出的每单位信道上的平均 发射功率，按照无线中继通信系统总信道资源的约束，采用基本调度单元为单位进行信道 分配，(各条链路通信的信道分配参数可以为零)；
(4) 返回步骤(2)进行迭代，直至满足收敛条件。
其中，步骤(2)所述功率注水方法，如图5所示，具体包括以下步骤
(1) 每个信道链路上根据信道的质量确定一个"河床高度"；
(2) 将发射功率首先分配给"河床高度"最低的信道链路；
(3) 当该最低的信道链路"水位高度"逐步增加，超过其它多个信道链路的"河床高 度"以后，再对该最低的信道链路和其它多个信道链路一起进行功率注水，使得所述各个 信道链路的"水位高度"相等；
(4) 当各信道链路的注水功率值之和等于该节点的总发射功率约束值时，发送功率分 配结束。
在以上功率注水方法中，每单位信道上的平均发射功率值为水位高度与河床高度之差， 信道分配值为"河道宽度"，于是某条通信链路实际分配的发射功率(每单位信道上的平 均发射功率与信道分配值的乘积)即为"河道截面积"。在此时分多址(TDMA)中继通信中，基本调度单元在为一个时隙资源块，假设一个 时隙资源块的长度为x=0.01ms，通信系统一次调度过程的总时隙资源为y二2ms。由于时分 多址系统可以在任意一个时刻打开或者关闭射频开关(忽略开关延时)，x相对于y非常小。 取门限值T1为1/100，由于0〈x/y^Tl，在步骤(3)的信道分配过程中，釆用线性规划的 方法对信道分配进行优化。在NDF和AF中继协作方式中，第一跳和第二跳的信道分配参 数必须相等，因此，这两跳的时隙信道资源分配只能用一个优化变量参与信道分配过程。 中继节点选择需要注意以下问题
如果某个通信链路的每单位信道上的平均发射功率值为零时，其信道分配值一定为 零。如果某个通信链路的信道分配值为零时，其注水功率值(每单位信道上的平均发射功 率与信道分配值的乘积，即"该河道的截面积")也一定为零。此时每单位信道上的平均 发射功率等于零除以零的结果，似乎可以等于任意实数。但实际上，每单位信道上的平均 发射功率仍然要按照功率注水方法给出，它等于水位高度与河床高度之差，如果随意地让 单位信道上的平均发射功率的取值为零或任意实数，都可能导致迭代结果无法收敛到最优 解。
实施例二
考虑频分多址(FDMA)中继通信系统的中继节点选择、功率分配与资源分配的联合 优化方法。此中继通信系统中，各中继节点采用重构的译码转发(Regenerative Decode and Forward, RDF)和压縮转发(Compress and Forward, CF)两种中继传输方式。并且各中继 节点采用半双工模式，即中继节点接收信源的发送信息(第一跳)与向信宿转发信息(第 二跳)采用的是两个相互正交的信道。
该通信系统的中继节点选择、功率分配与资源分配的联合优化方法，如图3所示，具 体包括以下步骤
(1) 系统初始化将无线中继通信系统中各个信源和中继节点的发射功率和信道资源 采用平均分配或者随机分配的方式分配给各个链路；
(2) 根据功率分配结果的信道分配过程基于初始化或者上次迭代给出的每单位信道 上的平均发射功率，按照无线中继通信系统总信道资源的约束，采用基本调度单元为单位 进行信道分配，(各条链路通信的信道分配参数可以为零)；
(3) 根据信道分配结果的功率分配过程基于步骤(2)给出的信道分配结果，按照 每个节点参与各条链路通信的总功率约束，通过功率注水的变形方法进行该节点的功率优 化，功率优化的结果采用每单位信道上的平均发射功率(即发射功率与信道分配值之比) 来表示(一个节点作为信源节点或者中继节点参与各条链路通信的功率分配参数若为零， 则该节点不参与此链路通信过程)；
(4) 返回步骤(2)进行迭代，直至满足收敛条件。其中，步骤(3)所述功率注水的变形方法，如图6所示，具体包括以下步骤:
(1) 每个信道链路上根据信道的质量确定一个"河床高度"；
(2) 将发射功率首先分配给"河床高度"最低的信道链路；
(3) 当该最低的信道链路"水位高度"逐步增加，超过其它多个信道链路的"河床高 度"以后，再对该最低的信道链路和其它多个信道链路一起进行功率注水，使得所述各个 信道链路的,"水位高度"相等；当某个信道链路的发送功率达到该信道链路最大约束值时， 该信道链路的发送功率不再继续增加，剩余发送功率分配给发送功率未达到信道链路最大 约束值的其它信道链路；
(4) 当各信道链路的注水功率值之和等于该节点的总发射功率约束值时，或者每个信 道链路的发送功率值都达到该链路发射功率的最大约束值时，发送功率分配结束。
在此频分多址(FDMA)中继通信中，基本调度单元在为一个频率资源块，假设一个 频率资源块的带宽为x=100kHz，通信系统一次调度过程的总时隙资源为广lMHz。取门限 值T2为1/15，由于T20c/ysl，在步骤(2)的信道分配过程中，每次将一个基本调度单元 分配给一条中继通信链路(新增加的基本调度单元在中继通信链路取得的传输速率提高量 是不同的)，根据贪婪算法每次将新增加的基本调度单元分配给传输速率提高量最大的一 个中继通信链路。在RDF和CF中继协作方式中，第一跳和第二跳的信道分配值可以不相 等，因此，这两跳的时隙信道资源分配需要采用两个优化变量参与信道分配过程，以获得 更高的传输数据率。
中继节点选择的注意事项与实施例一相同。 实施例三
考虑正交频分多址(OFDMA)中继通信系统的中继节点选择、功率分配与资源分配的 联合优化方法。此中继通信系统中，各中继节点采用重构的译码转发(Regenerative Decode and Forward, RDF)和压縮转发(Compress and Forward, CF)两种中继传输方式。并且各 中继节点采用半双工模式，即中继节点接收信源的发送信息(第一跳)与向信宿转发信息 (第二跳)采用的是两个相互正交的信道。
该通信系统的中继节点选择、功率分配与资源分配的联合优化方法，流程图见图4， 具体包括以下步骤
(1) 系统初始化将无线中继通信系统中各个信源和中继节点的发射功率和信道资源 采用平均分配或者随机分配的方式分配给各个链路；
(2) 功率分配与信道分配同时并行优化过程利用初始化或者上次迭代给出的每单位 信道上的平均发射功率，按照无线中继通信系统总信道资源的约束，采用基本调度单元为 单位进行信道分配；于此同时，利用初始化或者上次迭代给出的信道分配结果，按照每个
节点参与各条链路通信的总功率约束，通过功率注水的变形方法进行该节点的功率优化，
11功率优化的结果采用每单位信道上的平均发射功率(即发射功率与信道分配值之比)来表 示；
(3)返回步骤(2)进行迭代，直至满足收敛条件。 所述功率注水的变形方法，如图7所示，具体包括以下步骤
(1) 假设条件R1〉R2 (或RKR2)成立，其中Rl为信源节点以广播信道的方式向中 继节点和信宿节点发送信息的传输速率,R2为信源节点和中继节点以多址信道的方式向信 宿节点发送信息的传输速率；
(2) 根据假设条件和信道的质量确定一个"河床高度"；
(3) 将发射功率首先分配给"河床高度"最低的信道链路；
(4) 当该最低的信道链路"水位高度"M步增加，超过其它多个信道链路的"河床高 度"以后，再对该最低的信道链路和其它多个信道链路一起进行功率注水，使得所述各个 信道链路的"水位高度"相等；
(5 )当各信道链路的注水功率值之和等于该节点的总发射功率约束值时，检验步骤(1 ) 的假设条件R1〉R2 (或RKR2)是否满足，如果满足，则终止迭代；如果不满足，则假设 条件Rldl2 (或R1^R2)成立，返回步骤(2)。
在此正交频分多址(OFDMA)中继通信系统中，假定6个OFDM符号共同进行调 度，每个OFDM符号的时间长度为1/6ms，频带宽度为10MHz，因此，通信系统一次调 度过程的总时隙资源为y=6*l/6ms*10MHz=10000。假定每个OFDM符号分成30个子带 来进行调度，基本调度单元为一个或连续多个OFDM符号中的连续的多个子载波构成的 子带(或chunk),因此基本调度单元(chunk)的大小为x=10000/30，取取门限值T1为 1/100， T2为1/15，那么Tl<x/y^T2，在步骤(2)的信道分配过程中，首先采用方法A 中的线性规划方法得到实数域上的资源优化结果，然后各条链路的信道资源取整数部分， 得到v(i)个基本调度单元块的分配结果，对于所有链路剩下的Zw(i)基本调度单元块，则采 用方法B中给出的贪婪算法进行信道分配，其中，v(i)为z(i)/x的整数部分，w(i)为z(i)/x 的小数部分，z(i)/x=v(i)+w(i)， z(i)为某条链路i的信道分配结果，(Kz(i)Sl， Zz(i)=l。
在RDF和CF中继协作方式中，第一跳和第二跳的信道分配值可以不相等，因此，这 两跳的时隙信道资源分配需要采用两个优化变量参与信道分配过程，以获得更高的传输数 据率。
中继节点选择的注意事项与实施例一相同。
上述三个实施例只是用于具体说明本发明中继节点选择、功率分配与资源分配的联合 优化方法，其中的系统模型只是该方法适合的几个系统实例，具体数据只是为方便说明而 随意设置的，不能用以限定本发明的保护范围，即只要按本权利要求所述的步骤实施，其 中系统模型的组合与数据的任意变化均应属于本发明的保护范畴。
权利要求
1. 一种功率分配、信道分配与中继节点选择的联合优化方法；其特征在于该方法采用功率分配与信道分配迭代的方法来实现功率分配和信道分配的联合优化；当联合优化结果中一个中继节点协助某条链路通信的发射功率分配参数和信道分配参数不为零，该中继节点被选中为这条链路服务；如果该中继节点协助某条链路通信的发射功率分配参数和信道分配参数为零，该中继节点未被选中为这条链路服务；所述功率分配与信道分配迭代的方法为根据信道分配结果做功率分配的过程，根据功率分配结果做信道分配的过程，该两个过程做相互的迭代过程，实现功率分配和信道分配的联合优化。
2、 如权利要求l所述方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤-(1) 系统初始化将无线中继通信系统中各个信源和中继节点的发射功率和信道资 源采用平均分配或者随机分配的方式分配给各个链路；(2) 根据信道分配结果的功率分配过程基于初始化或者上次迭代给出的信道分配 结果，按照每个节点参与各条链路通信的总功率约束，通过功率注水或其变形方法进行该 节点的功率优化，功率优化的结果采用每单位信道上的平均发射功率(即发射功率与信道 分配值之比)来表示；(3) 根据功率分配结果的信道分配过程基于步骤(2)给出的每单位信道上的平均 发射功率，按照无线中继通信系统总信道资源的约束，采用基本调度单元为单位进行信道 分配；(4) 返回步骤(2)进行迭代，直至满足收敛条件。
3、 如权利要求1所述方法。其特征在于该方法具体包括以下步骤(1) 系统初始化将无线中继通信系统中各个信源和中继节点的发射功率和信道资 源采用平均分配或者随机分配的方式分配给各个链路；(2) 根据功率分配结果的信道分配过程基于初始化或者上次迭代给出的每单位信 道上的平均发射功率，按照无线中继通信系统总信道资源的约束，采用基本调度单元为单 位进行信道分配；(3) 根据信道分配结果的功率分配过程基于步骤(2)给出的信道分配结果，按照 每个节点参与各条链路通信的总功率约束，通过功率注水或其变形方法进行该节点的功率 优化，功率优化的结果采用每单位信道上的平均发射功率(即发射功率与信道分配值之比) 来表示；(4) 返回步骤(2)进行迭代，直至满足收敛条件。
4、如权利要求l所述方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤(1) 系统初始化将无线中继通信系统中各个信源和中继节点的发射功率和信道资 源采用平均分配或者随机分配的方式分配给各个链路；(2) 功率分配与信道分配同时并行优化过程利用初始化或者上次迭代给出的每单 位信道上的平均发射功率，按照无线中继通信系统总信道资源的约束，采用基本调度单元 为单位进行信道分配；与此同时，利用初始化或者上次迭代给出的信道分配结果，按照每 个节点参与各条链路通信的总功率约束，通过功率注水或其变形方法进行该节点的功率优 化，功率优化的结果采用每单位信道上的平均发射功率(即发射功率与信道分配值之比) 来表示；(3) 返回步骤(2)进行迭代，直至满足收敛条件。
5、 如权利要求2、 3或4所述方法，其特征在于，所述基本调度单元在时分多址 (TDMA)系统中为一个时隙资源块，在频分多址(FDMA)系统中为一个频率资源块，在码分多址(CDMA)系统中为一个扩频码对应的信道，在正交频分复用(OFDM)系统 中为一个子载波，在正交频分多址(OFDMA)系统中为一个或连续多个OFDM符号中的 连续的多个子载波构成的子带(或chunk)或者在OFDMA系统中为一个或连续多个OFDM 符号中的频域上等间隔选出来的多个子载波构成的chunk。
6、 如权利要求2、 3或4所述方法，其特征在于，所述信道分配方法采用以下三种， A.如果(Kx/y5Tl，采用线性规划的方法对信道分配进行优化，其中，x为基本调度单元，y为通信系统总信道资源约束，T1<T2<0， Tl、 T2的取值根据数值仿真结果和仿 真优化的速度进行选择。B. 如果T2^x/yd，每次将一个基本调度单元分配给一条中继通信链路(新增加的 基本调度单元在中继通信链路取得的传输速率提高量是不同的)，根据贪婪算法每次将新增加的基本调度单元分配给传输速率提高量最大的一个中继通信链路。C. 如果Tl^x/y^T2，首先采用方法A中的线性规划方法得到实数域上的资源优化结 果，然后各条链路的信道资源取整数部分，得到v(i)个基本调度单元块的分配结果，对于 所有链路剩下的2w(i)基本调度单元块，则采用方法B中给出的贪婪算法进行信道分配， 其中，v(i)为z(i)/x的整数部分，w(i)为z(i)/x的小数部分，z(i)/x=v(i)+w(i)， z(i)为某 条链路i的信道分配结果，02(i)Sl， I]z(i)-l。
7、 如权利要求2、 3或4所述方法，其特征在于，所述功率注水方法，具体包括以 下步骤(1) 每个信道链路上根据信道的质量确定一个"河床高度"；(2) 将发射功率首先分配给"河床高度"最低的信道链路；(3) 当该最低的信道链路"水位高度"逐步增加，超过其它多个信道链路的"河床 高度"以后，再对该最低的信道链路和其它多个信道链路一起进行功率注水，使得所述各个信道链路的"水位高度"相等；(4)当各信道链路的注水功率值之和等于该节点的总发射功率约束值时，发送功率分配结束。
8、 如权利要求2、 3或4所述方法，其特征在于，所述功率注水的变形方法(此变形方法与基本的功率注水方法相比，各信道链路的发送功率具有最大约束值)，具体包括以下步骤-(1) 每个信道链路上根据信道的质量确定一个"河床高度"；(2) 将发射功率首先分配给"河床高度"最低的信道链路；(3) 当该最低的信道链路"水位高度"逐步增加，超过其它多个信道链路的"河床高度"以后，再对该最低的信道链路和其它多个信道链路一起进行功率注水，使得所述各个信道链路的"水位高度"相等；当某个信道链路的发送功率达到该信道链路最大约束值时，该信道链路的发送功率不再继续增加，剩余发送功率分配给发送功率未达到信道链路最大约束值的其它信道链路；(4) 当各信道链路的注水功率值之和等于该节点的总发射功率约束值时，或者每个信道链路的发送功率值都达到该链路发射功率的最大约束值时，发送功率分配结束。
9、 如权利要求2、 3或4所述方法，其特征在于，所述功率注水的变形方法，具体包括以下步骤(1) 假设条件R1〉R2 (或RKR2)成立，其中Rl为信源节点以广播信道的方式向中继节点和信宿节点发送信息的传输速率，R2为信源节点和中继节点以多址信道的方式向信宿节点发送信息的传输速率；(2) 根据假设条件和信道的质量确定一个"河床高度"；(3) 将发射功率首先分配给"河床高度"最低的信道链路；(4) 当该最低的信道链路"水位高度"逐步增加，超过其它多个信道链路的"河床高度"以后，再对该最低的信道链路和其它多个信道链路一起进行功率注水，使得所述各个信道链路的"水位高度"相等；(5) 当各信道链路的注水功率值之和等于该节点的总发射功率约束值时，检验步骤(1)的假设条件R^R2 (或RKR2)是否满足，如果满足，则终止迭代；如果不满足，则假设条件R1^R2 (或R1^R2)成立，返回步骤(2)。
全文摘要
本发明涉及一种中继节点选择、功率分配与资源分配的联合优化方法，属于无线通信资源管理领域。该方法采用功率分配与信道分配迭代的方法来实现功率分配和信道分配的联合优化；当联合优化结果中一个中继节点协助某条链路通信的发射功率分配参数和信道分配参数不为零，中继节点被选中为这条链路服务；如果中继节点协助某条链路通信的发射功率分配参数和信道分配参数为零，中继节点未被选中为这条链路服务；功率分配与信道分配迭代的方法为根据信道分配结果做功率分配的过程，根据功率分配结果做信道分配的过程，两个过程做相互的迭代过程，实现联合优化。本发明计算复杂度较低，收敛速度很快，可满足无线中继通信系统对无线资源管理的要求。
文档编号H04W52/38GK101483911SQ20091007781
公开日2009年7月15日 申请日期2009年1月22日 优先权日2009年1月22日
发明者周世东, 引 孙, 张秀军, 肖元章 申请人:清华大学