[發明專利]一種提高蜂窩網通信系統中雙向中繼傳輸容量的方法

有效

• 申請號: 201310592261.2
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103581924B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 姜琪
• 申請（專利權）人: 北京無線電測量研究所
• 主分類號: H04W16/14
• 分類號: H04W16/14;H04W72/04
• 代理公司: 中國航天科工集團公司專利中心11024
• 代理人: 岳潔菱,姜中英

1.一種提高蜂窩網通信系統中雙向中繼傳輸容量的方法，其特征在于具體步驟為：

第一步?建立蜂窩網通信系統中雙向中繼傳輸容量模型

雙向中繼系統所采用的傳輸協議分為兩個階段：多接入階段MA，Multiple?Access和廣播階段BC，Broadcast；

第一個用戶節點的功率限制條件分別表示為：

??????????????????????????????????????（1）

第二個用戶節點的功率限制條件分別表示為：

??????????????????????????????????????（2）

中繼節點的功率限制條件分別表示為：

?????????????????????????????????????（3）

其中，為第一個用戶節點處的功率限制，為第二個用戶節點處的功率限制，為中繼節點處的功率限制；表示第一個用戶節點在子載波的第個空間子信道上的功率分配變量，表示第二個用戶節點在子載波的第個空間子信道上的功率分配變量，表示中繼節點在子載波的第個空間子信道上的功率分配變量；

蜂窩網通信系統中雙向中繼MIMO-OFDM傳輸容量模型表示為：?

??????????????????（4）??

其中，，表示子載波和空間子信道配對方案下對應的速率，，，，，，對于，和；二元變量，當時，表示MA階段中的子載波和BC階段中的子載波配對，則表示并未配對；二元變量，表示空間子信道的配對情況；表示MA階段子載波的第個空間子信道與BC階段子載波的第個空間子信道配對，而則表示并未配對；

第二步?通過拉格朗日對偶分解將雙向中繼傳輸容量模型簡化為多個子鏈路傳輸容量模型

雙向中繼傳輸容量模型所對應的拉格朗日對偶問題模型為：?

????????????????????????（5）

其中，是拉格朗日對偶函數，表達式為：

?????????

為雙向中繼傳輸容量模型中第一個用戶節點功率限制條件所對應的拉格朗日乘子，為雙向中繼傳輸容量模型中第二個用戶節點功率限制條件所對應的拉格朗日乘子，為為雙向中繼傳輸容量模型中繼節點處功率限制條件所對應的拉格朗日乘子；

將拉格朗日對偶函數劃分為多個子鏈路問題相加的形式，表示為：

??（6）

第三步??提高子鏈路傳輸容量

通過劃分拉格朗日對偶函數所得到的子鏈路問題模型表示為：

???????????????????????（7）

通過對子鏈路問題模型的三維可行解空間域進行離散搜索獲得最優功率分配因子；

???????將所求得的優化功率分配變量代入拉格朗日對偶函數得到

??????（8）

其中，是將功率分配變量代入子鏈路問題模型所得；

假設子載波與子載波配對，即；為的矩陣(9),

???????????????????????????????（9）???????

根據Hungarian算法，從中獲得最優空間資源分配因子；

將最優空間資源分配因子代入拉格朗日對偶函數模型可得

????????????????????（10）??

是由子鏈路問題模型得到的最大化合利潤；令為矩陣，如下式所示

????????????????????????????????（11）?????

與求解最優子空間資源分配因子的方法相同，通過Hungarian算法求得最優頻譜配置因子；

???????綜上，將最優功率分配因子，最優子空間資源分配因子，最優頻譜配置因子代入拉格朗日對偶函數模型，并且初始化拉格朗日對偶乘子，得到蜂窩網通信中雙向中繼傳輸容量模型對應的拉格朗日對偶函數，如下式所示：

?????（12）

第四步?最大化蜂窩網通信系統中雙向中繼傳輸容量

據凸函數定義可知，系統傳輸容量模型所對應的對偶函數是關于，和的凸問題，但是由于原始系統傳輸容量模型表達式中含有整數變量，不可微，因而采用次梯度求解；拉格朗日對偶乘子初始點為，和；根據次梯度法，拉格朗日對偶乘子在第次的迭代更新為：?

??????????????????（13）

????????????????????????（14）

????????????????????????（15）

其中，是第次迭代的步長，；拉格朗日乘子第次迭代更新為，，；在拉格朗日乘子每次更新，，，，，都需要重新計算，直到收斂條件滿足時，迭代更新停止；然后將最優功率分配因子，，進行歸一化，從而使得每個節點處的功率限制條件能夠滿足。