端节点N3的自干扰信息。4. 根据权利要求1所述的非对称速率下全双工双向中继系统功率优化方法，其特征在 于，所述步骤3包括： 步骤3. 1 :枏据各个节点的状杰信息求解双向谏率比A的值，计算公式如下：式中：&表示从终端节点N1到终端节点N3的数据传输速率，1?2表示从终端节点N3到 终端节点N1的数据传输速率，y21表示中继节点N2到终端节点N1的有用信号的信干噪比， y23表示中继节点N2到终端节点N3的有用信号的信干噪比，y12表示终端节点N1到中继 节点N2的有用信号的信干噪比，y32表示终端节点N3到中继节点N2的有用信号的信干噪 比，y2表示多址接入阶段中的中继节点N2处的信干噪比，hn表示终端节点N1的自干扰信 道系数，h12表示终端节点N1到中继节点N2的信道系数，h21表示中继节点N2到终端节点 N1的信道系数，h22表示中继节点N2的自干扰系数，h23表示中继节点N2到终端节点N3的 信道系数，h32表示终端节点N3到中继节点N2的信道系数，h33表示终端节点N3的自干扰 信道系数，Pi表示终端节点N1的发射功率，P2表示中继节点N2的发射功率，P3表示终端节 点N3的发射功率，h表示终端节点N1的自干扰消除能力，k2表示中继节点N2的自干扰消 除能力，k3表示终端节点N3的自干扰消除能力，P表示功率分配因子，N。表示高斯白噪声 功率； 步骤3. 2 :根据所述功率分配因子的大小，判别是否需要调整所述功率分配因子的值；定义&取最大值时的直线方程H2与直线方程H1的交点为A，定义R2取最大值时的直 线方程H3与直线方程H1的交点为B，从直角坐标原点0连接直线段0A、直线段0B，则1:表 示直线段0A的斜率，12表示直线段0B的斜率； -当12彡A彡1 ^寸，总速率的最大值在线段AB上取得，即直线方程H4与线段AB的 交点C，所述交点C的纵坐标取得最大值时的速率R2，所述交点C的横坐标取得最大值时的 速率&，此时无需调整功率分配因子的值； -当A义时，直线方程H4与线段AB的不存在交点C，需要将功率分配因子的值减小； -当A〈12时，直线方程H4与线段AB的不存在交点C，需要将功率分配因子的值增大； E2 :当功率分配因子，在直角坐标系中 建立如下的方程组，其中横轴坐标为Ri，纵轴坐标为R2:定义&取最大值时的直线方程G2与直线方程G1的交点为A，定义R2取最大值时的直 线方程G3与直线方程G1的交点为B，从直角坐标原点0连接直线段0A、直线段0B，则1:表 示直线段0A的斜率，12表示直线段0B的斜率； -当12彡A彡1 ^寸，总速率的最大值在线段AB上取得，即直线方程G4与线段AB的 交点C，所述交点C的纵坐标取得最大值时的速率R2，所述交点C的横坐标取得最大值时的 速率&，此时无需调整功率分配因子的值； -当A义时，直线方程G4与线段AB的不存在交点C，需要将功率分配因子的值减小； -当A〈12时，直线方程G4与线段AB的不存在交点C，需要将功率分配因子的值增大； E3 :当功率分配因_，在直角坐标系 中建立如下的方程组，其中横轴坐标为&，纵轴坐标为R2:定义&取最大值时的直线方程F2与直线方程F1的交点为A，定义R2取最大值时的直 线方程F3与直线方程F1的交点为B，从直角坐标原点0连接直线段0A、直线段0B，则1:表 示直线段0A的斜率，12表示直线段0B的斜率； -当12彡A彡1 :时，总速率的最大值在线段AB上取得，即直线方程F4与线段AB的 交点C，所述交点C的纵坐标取得最大值时的速率R2，所述交点C的横坐标取得最大值时的 速率&，此时无需调整功率分配因子的值； -当A义时，直线方程F4与线段AB的不存在交点C，需要将功率分配因子的值减小； -当A〈12时，直线方程F4与线段AB的不存在交点C，需要将功率分配因子的值增大；E4:当功率分配因弓时，在直角坐 标系中建立如下的方程组，其中横轴坐标为&，纵轴坐标为R2:定义&取最大值时的直线方程M2与直线方程Ml的交点为A，定义R2取最大值时的直 线方程M3与直线方程Ml的交点为B，从直角坐标原点0连接直线段0A、直线段0B，则1:表 示直线段0A的斜率，12表示直线段0B的斜率； -当12彡A彡1 ^寸，总速率的最大值在线段AB上取得，即直线方程M4与线段AB的 交点C，所述交点C的纵坐标取得最大值时的速率R2，所述交点C的横坐标取得最大值时的 速率&，此时无需调整功率分配因子的值； -当A义时，直线方程M4与线段AB的不存在交点C，需要将功率分配因子的值减小； -当A〈12时，直线方程M4与线段AB的不存在交点C，需要将功率分配因子的值增大； 步骤3. 3 :根据步骤3. 2判别结果调整功率分配因子的； -当需要调整时，按照判别结果调整功率分配因子的值后，返回步骤2 ; -当无需调整时，进入步骤4,此时所述全双工双向中继通信系统的总速率和最大。5.根据权利要求1所述的非对称速率下全双工双向中继系统功率优化方法，其特征在 于，所述步骤4包括：按照总速率和最大时的功率分配方案分配功率资源，计算公式如下： Yi(t) =h21X2(t)+k1h11X1 (t)+Wi Y2 (t) =h12X! (t) +h32X3 (t) +k2h22X2 (t) +w2, Y3 (t) =h23X2 (t) +k3h33X3 (t) +w3 式中％ (t)、Y2(t)、Y3(t)分别为终端节点Nl、中继节点N2、终端节点N3在第t个时刻 的接收信号；Xi(t)、X2 (t)、X3 (t)分别为终端节点N1、中继节点N2、终端节点N3的在第t个 时刻的发送信号；^^表示节点i处的高斯噪声，所述t服从复高斯分Wi~CN(0,N。)，所述t 的方差同为N。，^表示节点i到节点j之间的无线信道系数，所述hy的概率分布服从复高 斯分布，即h~CN(0，〇 ^)，i,j= 1，2, 3且i乒j也;表示节点i的自干扰信道系数；节 点i，i= 1，表示终端节点N1 ;节点i，i= 2,表示中继节点N2 ;节点i，i= 3,表示终端节 点N3 ; 〇 ^表示节点i到节点j的信道系数方差；k:表示终端节点N1的自干扰消除能力， k2表示中继节点N2的自干扰消除能力，k3表示终端节点N3的自干扰消除能力； 当所述中继节点N2接收到信号Y2(t)后，通过解码电路将Xjt)和X2(t)分别解出后， 重新分配功率资源，计算公式如下：t表示时刻，即当前时隙； 式中夂(卜1)、X3(t-1)分别表示终端节点N1、终端节点N3在上一个时隙即t-1时刻 的发射信号。
【专利摘要】本发明提供了一种非对称速率下全双工双向中继系统功率优化方法，包括：步骤1：建立全双工双向中继通信系统，初始化功率分配因子；步骤2：测量各个节点的状态信息，所述状态信息包括：各个节点接收和发送的功率、各个节点的自干扰信息以及各个节点相互交换数据时的信道系数；步骤3：根据各个节点的状态信息以及功率分配因子的值判别所述功率分配因子是否需要调整，并按照判别结果调整功率分配因子的值，直到所述全双工双向中继通信系统的总速率和最大；步骤4：按照总速率和最大时的功率分配方案分配功率资源。本发明建立了全双工模式的中继协作通信机制，减少了时隙开销，增大了系统吞吐量和传输效率。
【IPC分类】H04W52/46
【公开号】CN105025565
【申请号】CN201510324211
【发明人】王亚飞, 夏斌, 杨晨晨, 陈智勇
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年6月12日