[發(fā)明專利]一種充分利用時(shí)隙傳輸信息的DF多中繼OFDM系統(tǒng)的多種資源優(yōu)化算法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710363693.4
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN107124217A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄒為民;余新
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東創(chuàng)銳電子技術(shù)股份有限公司
• 主分類號: H04B7/155
• 分類號: H04B7/155;H04B7/02;H04B7/208;H04L27/26;H04W40/16;H04W40/22;H04W72/04
• 代理公司: 東莞市神州眾達(dá)專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)44251
• 代理人: 劉漢民

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線協(xié)作中繼通信技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域，涉及一種以最大化系統(tǒng)容量 為目標(biāo)的DF(Decode-and-Forward，解碼轉(zhuǎn)發(fā))多中繼OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復(fù)用)系統(tǒng)中的多種資源(包括 時(shí)間自由度、多中繼的選擇與協(xié)同通信、傳輸模式的選擇、子載波如何配對、 功率分配)的聯(lián)合優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

在傳統(tǒng)無線通信蜂窩結(jié)構(gòu)中，為了增強(qiáng)通信容量和擴(kuò)展信號覆蓋范圍，需 要大量基站，這提高了通信服務(wù)成本。無線通信中采用低復(fù)雜度的協(xié)作中繼節(jié) 點(diǎn)，可以有效擴(kuò)展蜂窩小區(qū)中信號的覆蓋范圍，增強(qiáng)無線通信可靠性，提高頻 譜利用率，增大遠(yuǎn)離基站區(qū)域的數(shù)據(jù)速率，同時(shí)有效降低成本；此外，協(xié)作無 線多中繼技術(shù)可以獲得比單中繼技術(shù)更多的空間分集增益，帶來更多的設(shè)計(jì)自 由度，擴(kuò)展系統(tǒng)性能的提升空間；OFDM技術(shù)具有頻譜效率高、抗多徑能力強(qiáng)、 信道均衡簡單、靈活的資源分配等優(yōu)越性能。因此，基于OFDM的協(xié)作中繼通信 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已被第四代移動通信(4G，F(xiàn)ourth Generation)和后4G標(biāo)準(zhǔn)LTE-A(Long Term Evolution Advanced)所采用，此外，以O(shè)FDM技術(shù)為基礎(chǔ)的各種改進(jìn)型 的多載波波形技術(shù)成為了5G寬帶通信關(guān)鍵技術(shù)之一。OFDM協(xié)作中繼通信系統(tǒng)的 網(wǎng)絡(luò)性能依賴于資源聯(lián)合優(yōu)化的精細(xì)程度，如子載波配對、功率分配等。本發(fā) 明涉及的系統(tǒng)是一個(gè)多中繼通信系統(tǒng)，可以優(yōu)化的資源種類也很多，有功率分 配、子載波配對、傳輸模式、時(shí)隙自由度、多中繼的選擇與協(xié)同通信等。功率 分配問題主要指功率在兩個(gè)時(shí)隙中的源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)之間的分配以及在各子 載波之間的分配；子載波配對是在中繼節(jié)點(diǎn)處，將進(jìn)、出中繼的子載波進(jìn)行合 理配對，以顯著提升系統(tǒng)性能；傳輸模式的選擇優(yōu)化是指根據(jù)信道狀態(tài)的不同， 考慮是否需要中繼參與協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)信號；當(dāng)考慮源節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的直接鏈 路的情況下，由于源節(jié)點(diǎn)在第二個(gè)時(shí)隙也可以發(fā)送信號，那么源節(jié)點(diǎn)在第二個(gè) 時(shí)隙在各子載波上以什么形式、以多大功率發(fā)送信號來提高系統(tǒng)性能，這也是 在聯(lián)合優(yōu)化中需要考慮的問題，這在本發(fā)明中稱之為源節(jié)點(diǎn)時(shí)隙自由度優(yōu)化問 題；對于多中繼系統(tǒng)，中繼選擇或多中繼協(xié)作的問題是指在某一給定子載波上， 可以選擇一個(gè)或多個(gè)中繼同時(shí)參與協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)信號。

對于中繼的中繼方式，常見的有AF(Amplify-and-Forward，放大轉(zhuǎn)發(fā))和 DF兩種方式。對于AF中繼方式，由于每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)接收的噪聲會被放大并在目 的節(jié)點(diǎn)處累積，造成系統(tǒng)性能下降，但DF中繼方式則不存在這個(gè)問題，因此， 本發(fā)明涉及的中繼方式均為DF方式。

對于DF多中繼OFDM系統(tǒng)，現(xiàn)有國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)已經(jīng)對功率分配、子載波 配對、中繼選擇等資源中的某一種或兩種資源進(jìn)行了聯(lián)合優(yōu)化，比如：《Relay selection and power allocation in cooperative cellular networks》中僅 對功率分配進(jìn)行了優(yōu)化，每一個(gè)子載波僅選取一個(gè)中繼來轉(zhuǎn)發(fā)信息，但對子載 波配對、傳輸模式、多中繼協(xié)同、時(shí)間自由度等沒有進(jìn)行分析；《Sum Rate Maximized Resource Allocation in Multiple DF Relays Aided OFDM Transmission》與《WSR Maximized Resource Allocation in Multiple DF Relays Aided OFDMA Downlink Transmission》對功率分配、多中繼選擇與協(xié)同進(jìn)行了 分析，但對子載波配對、傳輸模式、時(shí)間自由度等沒有進(jìn)行分析； 《Asymptotically Optimal Resource Allocation in OFDM-Based Cognitive Networks with Multiple Relays》對功率分配、子載波配對進(jìn)行了分析，每一 個(gè)子載波對僅選取一個(gè)中繼來轉(zhuǎn)發(fā)信息，但對多中繼協(xié)同通信、傳輸模式、時(shí) 間自由度沒有進(jìn)行分析；本發(fā)明的第一發(fā)明人在文獻(xiàn)《Joint Resource Allocation with Subcarrier Pairing in Cooperative OFDM DF Multi-Relay Networks》中對多種資源的聯(lián)合優(yōu)化進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，但沒有對時(shí)間自由 度、雙時(shí)隙信息發(fā)送策略等進(jìn)行分析。

因此，本發(fā)明針對DF多中繼OFDM通信系統(tǒng)，對系統(tǒng)的功率分配、子載波 配對、傳輸模式、多中繼協(xié)同通信、時(shí)隙自由度等進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，目標(biāo)是提高 系統(tǒng)通信容量。