针对单个节点功率受限的双跳全双工df中继系统最优功率分配方法
【专利摘要】针对单个节点功率受限的双跳全双工DF中继最优功率分配方法，涉及无线传输【技术领域】。本发明为了解决双跳全双工解码转发中继(Decode-and-Forward,DF)系统的单个节点的功率受限问题。求解端到端的中断概率Po(γth)；将最优功率分配等价为非线性最优化；最优功率分配的具体过程为：设目标函数f(p0,p1)，设迭代精度门限值ε，对利用等功率分配对p0，即令中间变量等于p0，采用叠代法更新p0；条件成立时获得最优功率分配方案。本发明方法适用于双跳全双工DF中继系统的最优功率分配，使得系统的端到端的中断性能达到最佳。
【专利说明】针对单个节点功率受限的双跳全双工DF中继系统最优功 率分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种功率分配方法，涉及无线传输【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 第五代移动通信将为用户提供更高的数据传输速率和更好的服务质量。然而，要 在有限的频谱资源上实现更高的速率和更大的容量，就必须使用频谱效率极高的无线传输 技术。尽管多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,ΜΙΜΟ)技术已经极大地提高 了无线通信系统的性能和容量，并且近年来得到了迅猛的发展，已成为新一代无线通信的 核心技术之一，然而现有通信系统中，无论频分双工（Frequency Division Duplex,FDD)模 式和还是时分双工（Time Division Duplex,TDD)模式都通过占用不同的资源实现上、下行 通信来避免上下、行通信间的干扰，这显然将浪费一半的无线资源。所以如何利用同一信道 实现同时双向的传输现已成为5G后续演进技术中可以挖掘的重要无线频谱资源。
[0003] 最近几年，全双工无线通信技术逐渐引起了人们的重视，全双工无线通信技术旨 在利用同一频率进行同时收发，这样既节省了时间资源又节省了频率资源，理想的全双工 系统的频谱利用率是FDD系统以及TDD系统的二倍。而全双工中继系统则是全双工技术 与中继技术的结合，提高系统的频谱利用效率的同时还能够提高系统容量增加系统覆盖面 积。而最优功率分配策略，则是中继系统达到最优性能的保障。传统的最优功率分配策略 都是针对半双工中继系统的，而对于全双工中继系统，系统架构与半双工完全不同，因此需 要重新构建适用于全双工中继系统的最优功率分配策略。
【发明内容】
[0004] 针对双跳全双工解码转发（Decode-and-Forward, DF)中继系统的单个节点的功 率受限问题，本发明提供一种针对单个节点功率受限的双跳全双工DF中继最优功率分配 方法。
[0005] 本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
[0006] 一种针对单个节点功率受限的双跳全双工DF中继系统最优功率分配方法，所述 双跳全双工DF中继系统由源节点&，中继节点&以及目的节点R 2组成，信号传播的信道为 瑞利衰落信道，假设Pi为节点Ri(i = 〇, 1)的发射信号的功率，即源节点&的发射功率是 P〇,中继节点&的发射功率是Pi，当不考虑自由空间传播损耗时，节点&(j = 1，2)的接收 到的来自节点Ri(i = 〇, 1)的经过衰落信道后信号的平均信噪比为：
[0007]
【权利要求】
1. 一种针对单个节点功率受限的双跳全双工DF中继系统最优功率分配方法，其特征 在于：所述双跳全双工DF中继系统由源节点心，中继节点札以及目的节点R2组成，信号传 播的信道为瑞利衰落信道，假设 Pi为节点Ri (i = 〇, 1)的发射信号的功率，即源节点R〇的 发射功率是P〇,中继节点&的发射功率是Pi，当不考虑自由空间传播损耗时，节点&(j = 1，2)的接收到的来自节点Rji = 0, 1)的经过衰落信道后信号的平均信噪比^;为：
(1) 其中为信道衰落系数的模值的均方值，队为噪声功率； 其特征在于：所述方法的实现过程为： 步骤一、求解端到端的中断概率PjYth): 当给定接收信噪比门限Yth(与端到端传输速率有关）时，双跳全双工DF中继系统的 端到端的中断概率PjYth)为：
(2) 步骤二、将最优功率分配等价为非线性最优化： 双跳中继系统的单个节点的功率受限为PMax时，双跳全双工DF中继最优功率分配策略 等价为非线性最优化问题：
(3) 约束条件
等价于：
(4) 约束条件
，对目标函数去自然对数运算后，最优化问题等价 为：
(5) 约束条件 其中：
步骤三、基于公式（5)进行最优功率分配，具体过程如下： 步骤1:设目标函数f(PQ，Pl)，
(7) Ρο是源节点R〇的发射功率，Pi是中继节点Ri的发射功率； 步骤2 :判断A与B的大小，当A〈B时执行步骤3，A>B时执行步骤4，A = B时执行步骤 5 ； 步骤3 :此时A〈B，包含如下几个子步骤； 步骤3a :对f (Ptl，pMax)取关于P(l的微分有：
(8) 步骤3b :令微分结果等于0,解方程得到
(9) 步骤3c :设迭代精度门限值ε，对源节点的发射功率P(l利用等功率分配进行初始化， 即令
步骤3d :令中间变量K等于pQ ; 步骤3e:将P(l带入公式（9)中进行迭代计算，求得更新后的P(l; 步骤3f :判断条件|凡-W| <￡是否成立，如果不成立，则跳回步骤3d ;如果条件成立， 则继续步骤3g ; 步骤3g : =Μ,，Pi = pMax既是最优功率分配方案； 步骤4 :此时A>B，包含如下几个子步骤； 步骤4a :对f (pMax, pj取关于Pi的微分有 步骤4b :令微分结果等于0,解方程得到 (10) (11) 步骤4c:设迭代精度门限值ε，对利用等功率分配对Pl，即
步骤4d :令中间变量f等于Pi ; 步骤4e :将Pi带入公式（11)中，求得新的Pi ; 步骤4f :判断条件
是否成立，如果不成立，则跳回步骤4d ;如果条件成立， 则继续步骤4g ; 步骤4g办=pMax，灼既是最优功率分配方案； 步骤5 :此时A = B，此时最大的等功率分配即是最优功率分配结果，即= pMax，Pi = PMax °
2.根据权利要求1所述的针对单个节点功率受限的双跳全双工DF中继最优功率分配 方法，其特征在于：步骤4c中精度门限值ε的取值为小于或等于0.01。
【文档编号】H04W52/34GK104093200SQ201410360098
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】韩帅, 陈雷, 孟维晓 申请人:哈尔滨工业大学