[發(fā)明專(zhuān)利]非對(duì)稱(chēng)速率下全雙工雙向中繼系統(tǒng)功率優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510324211.5
• 申請(qǐng)日: 2015-06-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105025565B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王亞飛;夏斌;楊晨晨;陳智勇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04W52/46
• 分類(lèi)號(hào): H04W52/46
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國(guó)中

1.一種非對(duì)稱(chēng)速率下全雙工雙向中繼系統(tǒng)功率優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：建立全雙工雙向中繼通信系統(tǒng)，初始化功率分配因子；

步驟2：測(cè)量各個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息，所述狀態(tài)信息包括：各個(gè)節(jié)點(diǎn)接收和發(fā)送的功率、各個(gè)節(jié)點(diǎn)的自干擾信息以及各個(gè)節(jié)點(diǎn)相互交換數(shù)據(jù)時(shí)的信道系數(shù)；

步驟3：根據(jù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息以及功率分配因子的值判別所述功率分配因子是否需要調(diào)整；

-當(dāng)需要調(diào)整時(shí)，按照判別結(jié)果調(diào)整功率分配因子的值，返回步驟2；

-當(dāng)無(wú)需調(diào)整時(shí)，進(jìn)入步驟4，此時(shí)所述全雙工雙向中繼通信系統(tǒng)的總速率和最大；

步驟4：按照總速率和最大時(shí)的功率分配方案分配功率資源；

所述步驟3包括：

步驟3.1：根據(jù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息求解雙向速率比λ的值，計(jì)算公式如下：

R₁≤min{log₂(1+γ₁₂)，log₂(1+γ₂₃)}

R₂≤min{log₂(1+γ₃₂)，log₂(1+γ₂₁)}

R₁+R₂≤log₂(1+γ₂)，

其中：

式中：R₁表示從終端節(jié)點(diǎn)N1到終端節(jié)點(diǎn)N3的數(shù)據(jù)傳輸速率，R₂表示從終端節(jié)點(diǎn)N3到終端節(jié)點(diǎn)N1的數(shù)據(jù)傳輸速率，γ₂₁表示中繼節(jié)點(diǎn)N2到終端節(jié)點(diǎn)N1的有用信號(hào)的信干噪比，γ₂₃表示中繼節(jié)點(diǎn)N2到終端節(jié)點(diǎn)N3的有用信號(hào)的信干噪比，γ₁₂表示終端節(jié)點(diǎn)N1到中繼節(jié)點(diǎn)N2的有用信號(hào)的信干噪比，γ₃₂表示終端節(jié)點(diǎn)N3到中繼節(jié)點(diǎn)N2的有用信號(hào)的信干噪比，γ₂表示多址接入階段中的中繼節(jié)點(diǎn)N2處的信干噪比，h₁₁表示終端節(jié)點(diǎn)N1的自干擾信道系數(shù)，h₁₂表示終端節(jié)點(diǎn)N1到中繼節(jié)點(diǎn)N2的信道系數(shù)，h₂₁表示中繼節(jié)點(diǎn)N2到終端節(jié)點(diǎn)N1的信道系數(shù)，h₂₂表示中繼節(jié)點(diǎn)N2的自干擾系數(shù)，h₂₃表示中繼節(jié)點(diǎn)N2到終端節(jié)點(diǎn)N3的信道系數(shù)，h₃₂表示終端節(jié)點(diǎn)N3到中繼節(jié)點(diǎn)N2的信道系數(shù)，h₃₃表示終端節(jié)點(diǎn)N3的自干擾信道系數(shù)，P₁表示終端節(jié)點(diǎn)N1的發(fā)射功率，P₂表示中繼節(jié)點(diǎn)N2的發(fā)射功率，P₃表示終端節(jié)點(diǎn)N3的發(fā)射功率，k₁表示終端節(jié)點(diǎn)N1的自干擾消除能力，k₂表示中繼節(jié)點(diǎn)N2的自干擾消除能力，k₃表示終端節(jié)點(diǎn)N3的自干擾消除能力，ρ表示功率分配因子，N₀表示高斯白噪聲功率；

步驟3.2：根據(jù)所述功率分配因子的大小，判別是否需要調(diào)整所述功率分配因子的值；

E1：當(dāng)功率分配因子時(shí)，在直角坐標(biāo)系中建立如下的方程組，其中橫軸坐標(biāo)為R₁，縱軸坐標(biāo)為R₂：

直線方程H1：

直線方程H2：

直線方程H3：

直線方程H4：

定義R₁取最大值時(shí)的直線方程H2與直線方程H1的交點(diǎn)為A，定義R₂取最大值時(shí)的直線方程H3與直線方程H1的交點(diǎn)為B，從直角坐標(biāo)原點(diǎn)O連接直線段OA、直線段OB，則l₁表示直線段OA的斜率，l₂表示直線段OB的斜率；

-當(dāng)l₂≤λ≤l₁時(shí)，總速率的最大值在線段AB上取得，即直線方程H4與線段AB的交點(diǎn)C，所述交點(diǎn)C的縱坐標(biāo)取得最大值時(shí)的速率R₂，所述交點(diǎn)C的橫坐標(biāo)取得最大值時(shí)的速率R₁，此時(shí)無(wú)需調(diào)整功率分配因子的值；

-當(dāng)λ＞l₁時(shí)，直線方程H4與線段AB的不存在交點(diǎn)C，需要將功率分配因子的值減小；

-當(dāng)λ＜l₂時(shí)，直線方程H4與線段AB的不存在交點(diǎn)C，需要將功率分配因子的值增大；

E2：當(dāng)功率分配因子時(shí)，在直角坐標(biāo)系中建立如下的方程組，其中橫軸坐標(biāo)為R₁，縱軸坐標(biāo)為R₂：

直線方程G1：

直線方程G2：

直線方程G3：

直線方程G4：

定義R₁取最大值時(shí)的直線方程G2與直線方程G1的交點(diǎn)為A，定義R₂取最大值時(shí)的直線方程G3與直線方程G1的交點(diǎn)為B，從直角坐標(biāo)原點(diǎn)O連接直線段OA、直線段OB，則l₁表示直線段OA的斜率，l₂表示直線段OB的斜率；

-當(dāng)l₂≤λ≤l₁時(shí)，總速率的最大值在線段AB上取得，即直線方程G4與線段AB的交點(diǎn)C，所述交點(diǎn)C的縱坐標(biāo)取得最大值時(shí)的速率R₂，所述交點(diǎn)C的橫坐標(biāo)取得最大值時(shí)的速率R₁，此時(shí)無(wú)需調(diào)整功率分配因子的值；

-當(dāng)λ＞l₁時(shí)，直線方程G4與線段AB的不存在交點(diǎn)C，需要將功率分配因子的值減小；

-當(dāng)λ＜l₂時(shí)，直線方程G4與線段AB的不存在交點(diǎn)C，需要將功率分配因子的值增大；

E3：當(dāng)功率分配因子時(shí)，在直角坐標(biāo)系中建立如下的方程組，其中橫軸坐標(biāo)為R₁，縱軸坐標(biāo)為R₂：

直線方程F1：

直線方程F2：

直線方程F3：

直線方程F4：

定義R₁取最大值時(shí)的直線方程F2與直線方程F1的交點(diǎn)為A，定義R₂取最大值時(shí)的直線方程F3與直線方程F1的交點(diǎn)為B，從直角坐標(biāo)原點(diǎn)O連接直線段OA、直線段OB，則l₁表示直線段OA的斜率，l₂表示直線段OB的斜率；

-當(dāng)l₂≤λ≤l₁時(shí)，總速率的最大值在線段AB上取得，即直線方程F4與線段AB的交點(diǎn)C，所述交點(diǎn)C的縱坐標(biāo)取得最大值時(shí)的速率R₂，所述交點(diǎn)C的橫坐標(biāo)取得最大值時(shí)的速率R₁，此時(shí)無(wú)需調(diào)整功率分配因子的值；

-當(dāng)λ＞l₁時(shí)，直線方程F4與線段AB的不存在交點(diǎn)C，需要將功率分配因子的值減小；

-當(dāng)λ＜l₂時(shí)，直線方程F4與線段AB的不存在交點(diǎn)C，需要將功率分配因子的值增大；

E4：當(dāng)功率分配因子時(shí)，在直角坐標(biāo)系中建立如下的方程組，其中橫軸坐標(biāo)為R₁，縱軸坐標(biāo)為R₂：

直線方程M1：

直線方程M2：

直線方程M3：

直線方程M4：

定義R₁取最大值時(shí)的直線方程M2與直線方程M1的交點(diǎn)為A，定義R₂取最大值時(shí)的直線方程M3與直線方程M1的交點(diǎn)為B，從直角坐標(biāo)原點(diǎn)O連接直線段OA、直線段OB，則l₁表示直線段OA的斜率，l₂表示直線段OB的斜率；

-當(dāng)l₂≤λ≤l₁時(shí)，總速率的最大值在線段AB上取得，即直線方程M4與線段AB的交點(diǎn)C，所述交點(diǎn)C的縱坐標(biāo)取得最大值時(shí)的速率R₂，所述交點(diǎn)C的橫坐標(biāo)取得最大值時(shí)的速率R₁，此時(shí)無(wú)需調(diào)整功率分配因子的值；

-當(dāng)λ＞l₁時(shí)，直線方程M4與線段AB的不存在交點(diǎn)C，需要將功率分配因子的值減小；

-當(dāng)λ＜l₂時(shí)，直線方程M4與線段AB的不存在交點(diǎn)C，需要將功率分配因子的值增大；

步驟3.3：根據(jù)步驟3.2判別結(jié)果調(diào)整功率分配因子的；

-當(dāng)需要調(diào)整時(shí)，按照判別結(jié)果調(diào)整功率分配因子的值后，返回步驟2；

-當(dāng)無(wú)需調(diào)整時(shí)，進(jìn)入步驟4，此時(shí)所述全雙工雙向中繼通信系統(tǒng)的總速率和最大；

所述步驟4包括：按照總速率和最大時(shí)的功率分配方案分配功率資源，計(jì)算公式如下：

式中：Y₁(t)、Y₂(t)、Y₃(t)分別為終端節(jié)點(diǎn)N1、中繼節(jié)點(diǎn)N2、終端節(jié)點(diǎn)N3在第t個(gè)時(shí)刻的接收信號(hào)；X₁(t)、X₂(t)、X₃(t)分別為終端節(jié)點(diǎn)N1、中繼節(jié)點(diǎn)N2、終端節(jié)點(diǎn)N3的在第t個(gè)時(shí)刻的發(fā)送信號(hào)；w_i表示節(jié)點(diǎn)i處的高斯噪聲，所述w_i服從復(fù)高斯分w_i～CN(0,N₀)，所述w_i的方差同為N₀，h_ij表示節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j之間的無(wú)線信道系數(shù)，所述h_ij的概率分布服從復(fù)高斯分布，即h_ij～CN(0,σ_ij)，i,j＝1,2,3且i≠j；h_ii表示節(jié)點(diǎn)i的自干擾信道系數(shù)；節(jié)點(diǎn)i，i＝1，表示終端節(jié)點(diǎn)N1；節(jié)點(diǎn)i，i＝2，表示中繼節(jié)點(diǎn)N2；節(jié)點(diǎn)i，i＝3，表示終端節(jié)點(diǎn)N3；σ_ij表示節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j的信道系數(shù)方差；k₁表示終端節(jié)點(diǎn)N1的自干擾消除能力，k₂表示中繼節(jié)點(diǎn)N2的自干擾消除能力，k₃表示終端節(jié)點(diǎn)N3的自干擾消除能力；

當(dāng)所述中繼節(jié)點(diǎn)N2接收到信號(hào)Y₂(t)后，通過(guò)解碼電路將X₁(t)和X₂(t)分別解出后，重新分配功率資源，計(jì)算公式如下：

若：

則：

t表示時(shí)刻，即當(dāng)前時(shí)隙；

式中：X₁(t-1)、X₃(t-1)分別表示終端節(jié)點(diǎn)N1、終端節(jié)點(diǎn)N3在上一個(gè)時(shí)隙即t-1時(shí)刻的發(fā)射信號(hào)。