[发明专利]一种频率平坦性衰落信道下多中继的最优功率分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及中继协作通信领域，尤其是涉及频率平坦性衰落信道下多中继的最优功率分配方法。

背景技术

中继协作通信问题的研究始于上个世纪七十年代，Meulen[Meulen E C.Three-terminal communication channels[J].Advances in Applied Probability,1971,3:120-154]在1971年最先研究了三个节点的中继信道容量。如今，随着多输入多输出技术(MIMO)的快速发展，中继协作通信已经成为了无线通信领域的研究热点之一。

根据源节点的发送信息到达目的节点时，信息被中继节点处理的次数，可将中继网络分为：两跳网络和多跳网络。两跳网络较为典型的应用场景有蜂窝系统。本发明研究的是两跳的AF中继网络问题，每个中继安置单天线。

关于双用户的多址信道(MAC)系统，在每个用户都作为另外一个用户的AF中继节点的情况下，Mesbash等[Mesbah W,Davidson T.Joint power and channel resource allocation for two-user orthogonal amplify-and-forward cooperation[J].IEEE Transactions on Wireless Communications 2008,7(11):4681-4691.]于2008年给出了能获取大容量区域的最优的功率分配策略；Jafar等[Jafar S A,Gomadam K S,Huang C.Duality and rate optimization for multiple access and broadcast channels with amplify-and-forward relays[J].IEEE Transactions on Information Theory,2007,53(10):3350-3370]于2007年证明了如果在用户到目的节点之间有多个AF中继，在中继和功率约束下，用最优功率分配策略时得到的MAC信道容量区域跟其对应的对偶广播信道容量区域是相同的，此结论也适用于多跳网络；对于含有多个点到点系统的两跳的AF中继网络，Phan等[Phan K T,Tho L N,Vorobyov S A,et al.Power allocation in wireless multi-user relay networks[J].IEEE Transactions on Wireless Communications,2009,8(5):2535-2545]于2009年对最大化最小用户的输出信噪比、最大化全部点到点系统的速率和、保证每个用户输出的信噪比大于给定的门限的情况下，使最大用户发射功率最小化三种情况功率分配问题进行了研究，三种情况具有同样的约束条件，即用户有和功率约束，中继有独立功率约束。

总而言之，功率优化问题是中继协作通信中研究的热点，属于资源分配的范畴。以上这些方法的前提是忽略了节点自身的电路处理功率，但是考虑到节能和体积等因素，某些无线协作网络无法忽略这一点。本文在算法模型中加入了中继节点的电路处理功率因素，使得模型更加符合实际情况。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对频率平坦信道衰落情况下的两跳并行AF中继网络，并考虑节点自身的电路处理功率的情况下，提供一种基于频率平坦性衰落信道的多中继的最优功率分配方法，本发明给出了几种情形下系统最大输出信噪比的性能比较，仿真结果表明，当中继节点的独立功率约束的上限约束值一定时，下限约束值越大系统输出的最大信噪比性能越差；当中继节点的独立功率约束的上下限约束值都给定时，中继混合最优功率分配策略的性能优于中继等功率分配策略的性能；系统中继数的增加会为系统带来输出信噪比增益。

技术方案：本发明研究的对象为两跳的中继网络，网络由一个源节点、一个目的节点、和K个AF中继构成，每个中继上都配置了单天线。假设源节点与目的节点间存在着较强阴影效应，故源节点发送的信号不能直接到达目的节点。所有安置在源节点和目的节点之间的中继协助源到目的节点的数据传输。进一步假定中继工作模式为半双工的，并且假设中继节点间的协作模式为并行模式，假设全部中继按照预先给定的次序，依次向目的节点传送数据，则，数据包从源节点经过中继协助传输到目的节点需要K+1个时隙。用记号R表示全部中继的索引集，即

R={1,2,…,K}

其中K为正整数，表示中继的数目。