[發明專利]基于選擇性子載波配對的中繼選擇與功率聯合優化方法

有效

• 申請號: 201410101314.0
• 申請日: 2014-03-18
• 公開（公告）號: CN103957597B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 朱琦;嚴安
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04;H04W52/04;H04W24/02
• 代理公司: 江蘇愛信律師事務所32241
• 代理人: 唐小紅

技術領域

本發明屬于無線通信的技術領域，具體涉及一種基于選擇性子載波配對的中繼選擇與功率聯合優化方法。

背景技術

無線中繼技術(Relay)作為未來無線通信系統的關鍵技術之一在研究領域受到廣泛關注，其能以較低的網絡部署開銷能滿足未來無線通信系統高速率、廣覆蓋的需求。同時，正交頻分復用技術(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)被認為是未來寬帶無線通信系統的關鍵技術之一。利用OFDM技術，可以有效降低寬帶無線通信系統在多徑衰落信道下的符號間干擾(Inter-Symbol Interference,ISI),為了有效利用中繼和OFDM技術的特點，相關研究已開始關注二者的融合，并將其作為未來無線通信系統提高系統容量、擴大系統覆蓋的有效手段之一。

有學者根據中繼處理信號方式的不同把中繼分為了兩種最基本的類型：放大轉發協作(Amplify-and-Forward,AF)、譯碼轉發協作(Decode-and-Forward,DF)。所謂放大轉發協作又稱不可再生中繼(non-regenerative)，指中繼收到來自源節點的信息后，不做任何糾錯處理，直接放大后轉發。DF又稱可再生中繼(regenerative)，中繼收到信息后，需要對信號解碼、糾錯，然后重新編碼并發送。而以上兩種轉發方式都是中繼完全轉發基站的信息，也是目前大部分學者研究的方向，即基站在第二個時隙都是不發送子載波的，而少部分學者研究發現部分子載波通過中繼轉發并不能增加系統速率，允許基站在第二個時隙通過這些空閑的子載波轉發新的信息能夠降低基站和中繼的發射功率，提高系統容量，并稱該轉發方式為改進轉發協作。本方法討論的是多中繼下改進譯碼轉發方式的問題。

OFDM中繼網絡資源分配的研究的目標一般分為兩類：滿負荷業務、非滿負荷業務。對于滿負荷業務，研究的主要目標一般為系統容量最大化，現已有大量研究成果，且為了達到系統容量最大，勢必要花費更多的功率，那么就會帶來更多的污染，這會對日益嚴峻的全球環境造成更大的影響。而對于非滿負荷業務，研究的主要目標一般是滿足用戶速率要求下的功率的最小化，也是近期全球節能減排大環境下無線中繼網絡資源分配研究的熱點和趨勢，目前相關的文獻較少。有文獻針對傳統OFDM網絡應用了拉格朗日乘數法和整數規劃法提出了節能的子載波、比特、功率分配方法，并沒有考慮中繼的問題。有文獻研究了單中繼單用戶下，以最小化系統功率為目標，提出了一種載波配對，功率分配的聯合分配算法。而目前沒有涉及多中繼單用戶情況下以最小化基站和中繼總功率為目標的資源分配的研究，而多中繼的問題更加復雜，因為涉及到中繼選擇問題。本發明以最小化基站和中繼總功率為目標，提出了一種選擇性子載波配對、中繼選擇和功率分配的聯合優化方法，并定義了一種新的子載波配對變量和中繼決定因子，有效降低系統的發射功率。

發明內容

技術問題：本發明所要解決的技術問題在于提供一種基于選擇性子載波配對的中繼選擇與功率聯合優化方法，該方法在保證了用戶速率受限的同時，降低了系統的發射功率。

技術方案：本發明考慮的多中繼協作網絡結構如圖1所示。給出的多中繼選擇、載波配對及功率分配聯合方法步驟如下：

步驟1：通過訓練序列獲得K個可用中繼節點與基站間以及中繼節點與用戶之間的信道信息，初始化對偶變量u的最小值和最大值u_min＝0,u_max＝10^-3，令

步驟2：各個子載波上的功率分配，計算中繼k在子載波對(i,j)的發送功率其中a_i,j,k表示子載波對(i,j)的信息通過第k個中繼鏈路轉發的等效信道增益，計算第一個時隙直接鏈路發送功率和第二個時隙直接鏈路發送功率其中c_s,i表示子載波i在基站和用戶之間傳輸時的信道增益，c_s,j表示子載波j在基站和用戶之間傳輸時的信道增益，計算各中繼鏈路的容量和直接鏈路的容量

步驟3：最佳中繼的選取，假設子載波對(i,j)給定，信息通過各中繼鏈路和直接鏈路的功率貢獻值分別表示為:

以及

如果通過中繼鏈路的最小功率貢獻值小于直接鏈路的貢獻值，則第(i,j)個子載波對通過第k個中繼進行轉發，即中繼分配因子否則中繼分配因子