[发明专利]非线性放大-转发中继最优功率分配方法

说明书

技术领域：

本发明属于无线中继网络中继功率分配方法，具体涉及一种非线性放大-转发中继最优功率分配的实现方法。

背景技术：

无线中继技术是一种利用地理上分散的单天线无线节点实现空间分集的新技术。它利用无线信道的广播特性以及网络中闲置的节点，解决了由于尺寸、发射功率、以及系统造价的限制一个无线终端上无法通过安装多个天线获取空间分集增益的问题。自2003年正式提出无线中继(又称协作通信)的概念以来，无线中继技术得到了学术界、工业界的极大关注。工业界和移动通信运营商也对无线中继技术寄予了很高的期望。WiMAX系统的802.16j标准中就加入了中继多跳功能。在LTE-A设计中，3GPP工作组目前也已经提交了在蜂窝中使用中继站来扩大覆盖范围和容量的提议。欧盟的WINNER计划在2006年的技术报告中专门介绍了无线中继技术的概念。应用广泛的无线传感器网络中也在讨论使用无线中继技术实现数据高效传输。近来，国家重点发展和建设的物联网、三网融合项目中，无线中继技术也被看作是物理层数据传输的备选方案。

无线中继网络常采用的中继方式有：放大-转发方式和解码-转发方式。当中继解码出现错误时，解码-转发方式将会引起中继链路中断。而且当数据分组较长时，中继的解码延时将会引起系统效率的下降。放大-转发方式仅仅放大接收到的信号，因此处理延时和复杂度都很小。另一方面，虽然放大-转发方式会引起噪声传递，但是Jing和Hassibi已经证明放大-转发方式也可以取得满分集增益。

另一方面，正交频分复用调制技术(OFDM)因为其适于高速无线传输，已经被写入多个无线标准中，例如LTE、IEEE802.16、802.11。因此，为了取得大容量并且对抗频率选择性衰落，OFDM技术也被引入到无线中继网络中。然而，OFDM信号常常会引起较大的功率峰均比(PAPR)，进而使得功率放大器工作于非线性区域，从而引起发射信号的非线性失真。

Del Razo等在2009年首次对无线中继网络功率放大器的非线性效应进行了讨论，并提出了两种能够补偿非线性失真的接收机算法。在2010年，Riihonen等对非线性中继网络的性能进行了分析，给出了误码率曲线。然而目前据调研还没有对非线性中继网络的最优功率分配进行研究和讨论。

发明内容：

本发明对使用理想限幅功率放大器的无线中继网络，提出了一整套完整的中继最优功率分配方法。该方法对非线性功率放大器建立了线性化模型，设计了能够意识到非线性失真的最大合并比接收机，给出了系统等效信噪比，最后给出了最优的中继功率分配方案。

为达到上述目的，本发明提供了一种非线性放大-转发中继最优功率分配方法，按照如下步骤：

首先，利用线性化理论将理想限幅放大器模型构造成一个具有高斯失真噪声项的线性模型；根据该线性模型，计算每个非线性中继贡献给目的接收机的链路等效信噪比；设计最大合并比接收机，该最大合并比接收机能意识到非线性失真，从而取得最优的信噪比性能；

其次，建立最优中继功率分配数学模型，通过分析信噪比与功率的曲线结构和限制最大发射功率，将最优中继功率分配问题转化为凸优化问题；最后，利用拉格朗日乘子法给出最优的功率分配方案。

所述线性模型以及最大合并比接收机包括如下步骤：

1)信号传输过程分为两个阶段

第一阶段源节点广播信号给所有中继，第i个中继接收信号为：

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