专利名称：Ofdm系统解码转发中继的资源分配方法
技术领域：
本发明属于无线通信技术领域，涉及一种协同0FDM(0rthogonal Frequency DivisionMultiplexing，正交频分复用)系统中的中继节点采用DF (Decode-and-Forward， 解码转发)传输模式时的资源分配方法。
背景技术：
OFDM技术的主要思想是将信道分成若干正交的子载波，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子载波上进行传输，将采用OFDM技术的系统称为OFDM系统。协同中继技术就是利用无线通信的广播特性，通过空间分离的多个中继节点的协同来获得空间分集增益。AF(Amplify-and-ForWard，放大转发)和DF是实现协同中继技术的两类主要传输模式。AF模式下中继节点将接收到的模拟信号直接放大后前传。DF模式下中继节点对接收到的数字信号进行解调和解码，再通过编码和调制重构信源的发射信号， 从而消去高斯白噪声，以避免AF模式中中继节点对噪声功率的放大。使用协同中继技术的 OFDM系统称为协同OFDM系统，其可以有效的抵抗宽带通信中的频率选择性衰落，提高系统容量。协同OFDM系统中的资源管理模块可以根据各个子载波的信道增益和节点(包括中继节点和源节点)的功率状况自适应的进行中继节点选择、子载波分配和功率分配以提高系统容量。传统的拉格朗日注水算法作为一种经典的子载波功率分配算法，无法直接应用于协同OFDM系统中，只适用于单跳的OFDM系统(即源节点和目的节点直接通信的OFDM 系统)。
发明内容
本发明的目的1、在系统总功率受限的情况下，提供一种适用于协同OFDM系统多中继节点DF的资源分配方法来提高系统容量。2、在每个节点(包括中继节点和源节点) 功率独立受限的情况下，提供一种适用于协同OFDM系统单中继节点DF的资源分配方法来
提高系统容量。本发明的第一个技术方案是系统总功率受限的情况下，一种适用于协同OFDM系统多中继节点DF的资源分配方法，包括下述步骤设协同OFDM系统的子载波数为N，协同的中继节点数为M，系统总功率为P。中继节点表示为氏(1 < i < M)，i为中继节点序号。源节点表示为S,目的节点表示为D，源节点S和目的节点D之间由于距离较远或者障碍物的阻挡没有直传路径。源节点S到第i个中继节点氏的第j (1彡j彡N)个子载波的即时信道增益为Hsi (j)，j为子载波序号。第i 个中继节点氏到目的节点D的第j (1彡j彡N)个子载波的即时信道增益为HiD(j)，j为子载波序号。任意节点接收端的噪声均为高斯白噪声，功率谱密度为队。子载波的带宽相等， 为了便于说明，在不失一般性的情况下，假设每个子载波都为单位带宽。当子载波的带宽不是单位带宽时，只需对相应公式进行适当修正，这种修正对本领域的普通技术人员而言为公知常识。第一步，子载波匹配及中继节点选择首先，建立一个4XN维的数组Ai, 1彡i彡M，数组Ai中保存中继节点氏的相关fi 息。数组Ai第一行的N个元素由左至右依次为S-氏链路的第1至第N个子载波上的即时信道增益，第三行的N个元素由左至右依次为氏-D链路的第1至第N个子载波上的即时信道增益。将S-氏链路的N个子载波按照即时信道增益递减的顺序进行排序，数组Ai的第二行元素由左至右依次为上述N个子载波排序后对应的子载波序号；对Iii-D链路的N个子载波按照即时信道增益递减的顺序进行排序，Ai的第四行元素由左至右依次为上述N个子载波排序后对应的子载波序号。子载波对的概念就是如果S-Ri链路第k(l < k < N)个子载波上接收到的信息在Ri-D链路的第k' (l^k' ^N)个子载波上传输，则S-氏链路第k个子载波与氏-D链路的第k'个子载波就称为一个子载波对。子载波匹配的概念就是按照一定的准则，将S-Ri 链路的某个子载波和氏-D链路的某个子载波形成一个子载波对。
建立一个6XN维的数组B，用来存储中继节点选择与子载波匹配的相关信息t 将下述3个步骤执行N次，得到数组B的所有元素 为描述方便，假设当前的步骤为第L(KLSN)次。 第⑴步
按照下式计算每一个中继节点氏的等价信道增益，
权利要求
1. 一禾中适用于协同 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交步页分复用)系统多中继节点DF(DeC0de-and-F0rWard，解码转发)的资源分配方法，应用在系统总功率受限的情况下，其特征在于，包括下述步骤设协同OFDM系统的子载波数为N，协同的中继节点数为M，系统总功率为P ；中继节点表示为Ri, 1 < i < M，i为中继节点序号；源节点表示为S,目的节点表示为D，源节点S和目的节点D之间没有直传路径；源节点S到第i个中继节点氏的第j个子载波的即时信道增益为Hsi (j)，1彡j彡N，j为子载波序号；第i个中继节点Ri到目的节点D的第j个子载波的即时信道增益为HiD(j)；任意节点接收端的噪声均为高斯白噪声，功率谱密度为Ntl ；子载波的带宽相等，都为单位带宽；第一步，子载波匹配及中继节点选择；首先，建立一个4XN维的数组Ai, 1彡i彡M，数组Ai中保存中继节点氏的相关信息； 数组Ai第一行的N个元素由左至右依次为S-氏链路的第1至第N个子载波上的即时信道增益，第三行的N个元素由左至右依次为氏-D链路的第1至第N个子载波上的即时信道增益；将S-氏链路的N个子载波按照即时信道增益递减的顺序进行排序，数组Ai的第二行元素由左至右依次为上述N个子载波排序后对应的子载波序号；对Iii-D链路的N个子载波按照即时信道增益递减的顺序进行排序，Ai的第四行元素由左至右依次为上述N个子载波排序后对应的子载波序号；子载波对的概念就是如果S-氏链路第k个子载波上接收到的信息在氏-D链路的第 k'个子载波上传输，则S-氏链路第k个子载波与氏-D链路的第k'个子载波就称为一个子载波对；子载波匹配的概念就是按照一定的准则，将S-氏链路的某个子载波和氏-D链路的某个子载波形成一个子载波对；建立一个6XN维的数组B，用来存储中继节点选择与子载波匹配的相关信息； 将下述3个步骤执行N次，得到数组B的所有元素 为描述方便，假设当前的步骤为第L次，1 < L < N，包括下述三个步骤 第⑴步按照下式计算每一个中继节点氏的等价信道增益Η( =HSl\ arg (4(2,7) = 1) \HiD\ arg (4(4,；) = 1)_J_J_HsIarg (4(2,7) = l)l + i7iDiarg (Ai(^j) = I)U<j<NJ U<j<Ny第⑵步从M个中继节点中选择等价信道增益最大的那个中继节点，即其对应的中继节点序号为(卯))；则令数组B第一行第L个元素为Γ，数组B第二行第L个元素为arg (4,(2,7) = 1)，数组B第三行第L个元素为A,*f arg (4-,(2,7) = 1)1，数组B第四行第L个元素\ 』 Ν\J<j<NJ为arg (4,(4,7) = 1)，数组B第五行第L个元素为仏β arg (A1^J) = 1)1，数组B第六行第L个\ 』 Ν\^<j<NJ元素为Η(Γ)； 第⑶步在Ai,的第二行中，Ki'≤M，i'≠i*，将数值大于
2. —ftiSffiTf^ll] OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 复用)系统单中继节点DF(DeC0de-and-F0rWard，解码转发)的资源分配方法，应用在节点功率独立受限情况下，其特征在于，包括下述步骤设协同OFDM系统的子载波数为N，中继节点表示为R，源节点表示为S，目的节点表示为D，源节点S和目的节点D之间没有直传路径；源节点S到中继节点R的第j个子载波上的即时信道增益为HSK(j)，1彡j彡N，j为子载波序号；中继节点R到目的节点D的第j个子载波上的即时信道增益为Hed (j)，中继节点和目的节点接收端的噪声均为高斯白噪声，功率谱密度为Ntl ；子载波的带宽相等，假设每个子载波都为单位带宽；子载波对的概念就是如果S-R链路第m个子载波上接收到的信息在R-D链路的第m' 个子载波上传输，则S-R链路第m个子载波与R-D链路的第m'个子载波就称为一个子载波对；子载波匹配的概念就是按照一定的准则，将S-R链路的某个子载波和R-D链路的某个子载波形成一个子载波对； 第一步，子载波匹配；建立一个4XN维的数组C，用来存储子载波匹配的相关信息； 对S-R链路的N个子载波按照即时信道增益递增的顺序进行排序，数组C第一行的N 个元素从左到右依次为S-R链路递增排序后的N个子载波所对应的子载波序号，数组C第二行的N个元素从左到右依次为S-R链路递增排序后的N个子载波对应的即时信道增益； 对R-D链路的N个子载波按照即时信道增益递增的顺序进行排序，数组C第三行的N个元素从左至右依次为R-D链路递增排序后的N个子载波对应的子载波序号，数组C第四行的 N个元素从左至右依次为R-D链路递增排序后的N个子载波对应的即时信道增益；源节点S 第C(l，j)个子载波与中继节点R的第C(3，j)个子载波匹配成一个子载波对，记该子载波对为第j个子载波对；第二步，初始功率分配；建立一个6XN维的数组E，用来存储功率分配的相关信息； 第①步，源节点S的功率分配 设源节点S的最大总发送功率为Ps ；按照下式依次计算源节点S在第C(l，j ‘)个子载波上分配的初始功率， I^j' ^N'
全文摘要
本发明提供协同正交频分复用系统中的中继节点采用解码转发传输模式时的资源分配方法。第一个技术方案应用在系统总功率受限情况下，具体步骤包括第一步，子载波匹配及中继节点选择；第二步，子载波对的功率分配；第三步，每个子载波对内部子载波间的功率分配。本技术方案简化了功率分配的执行。第二个技术方案应用在节点功率独立受限情况下，具体步骤包括第一步，子载波匹配；第二步，初始功率分配；第三步，对中继节点每个子载波上的功率进行调节；第四步，源节点多余功率的回收。本技术方案在保证系统容量最大化的基础上最小化系统的总功率消耗，以达到延长节点生存期的目的。
文档编号H04L27/26GK102238736SQ201110153880
公开日2011年11月9日 申请日期2011年6月9日 优先权日2011年6月9日
发明者习勇, 唐艺, 王丽洁, 王欣, 赵海涛, 马东堂, 魏急波, 黄勤飞 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学