[发明专利]一种高铁通信架构下的功率分配方法

权利要求书

1.一种高铁通信架构下的功率分配方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤201：建立系统模型，计算系统容量，高铁下的OFDM系统，含有N个子载波，地面上的基站BS通过车厢顶部的车载移动基站MBS与车厢内部用户UE通信，假设在连续的两跳中，信道的瞬时增益保持不变，在第一跳中，BS将信号发送到MBS，在第二跳中，MBS重新分配载波功率，并将信号转发给UE，和分别表示分配给BS端第m个子载波的功率和MBS端第m个子载波的功率，则优化的系统容量目标函数表达式为：

C=maxpm(1),pm(2)(Σm=1NCm)---(1-1)]]>

服从

C1:Σm=1Npm(1)≤PB---(1-2)]]>

C2:Σm=1Npm(2)≤PR---(1-3)]]>

C3:pm(1)≥0,pm(2)≥0---(1-4)]]>

其中P_B和P_R分别表示BS处和MBS处总的发射功率，C4和C5分别是在BS处和MBS处的功率约束，C_m的表达式为：

Cm=12log2(1+rm(1)pm(1)rm(2)pm(2)1+rm(1)pm(1)+rm(2)pm(2))=12log2(1+pm(1)pm(2)(am+ρmΣj=1j≠mNpj(1)(j-m)2)·bm+bmpm(1)+(am+ρmΣj=1j≠mNpj(1)(j-m)2)pm(2))=12log2(1+pm(1)pm(2)(am+ρmΣj=1j≠mNpj(1)(j-m)2)(bm+pm(2))+bmpm(1))---(1-5)]]>

其中and为BS-MBS链路和MBS-UE链路中第m个子载波上的信干噪比，和是第m个子载波在BS-MBS链路和MBS-UE链路的信道系数，和分别是BS-MBS链路和MBS-UE链路中加性高斯白噪声的方差，是ICI产生的干扰功率表达式为：

σICI2=E[|Σj=1j≠mNαjpj(1)|2]=(NTsfd)22Σj=1j≠mNpj(1)(j-m)2---(1-6)]]>

其中f_d为最大Doppler，T_s为系统采样周期。且令Am=(am+ρmΣj=1j≠mNpj(1)(j-m)2)(bn+pn(2))+bnpm(1),]]>C_m可重新表示为Cm=12log2(1+pm(1)pm(2)Am)---(1-7)]]>

步骤202：初始化BS端每个子载波功率，

步骤203：进入BS端与MBS端的迭代功率优化，初始化迭代次数l=1；

步骤204：在MBS端，初始化拉格朗日算子λ_R，设定步长值s_R；

步骤205：，设MBS端迭代次数为l_R=1，最大迭代次数为l_{R_max}；

步骤206：采用凸优化方法优化MBS端的子载波功率

pm(2)=[bmpm(1)2dm(1+2dmln2bmpm(1)λR-1)-bm]+---(6-1)]]>

其中[x]⁺=max{x,0}，dm=am+ρmΣj=0j≠mNpj(1)(j-m)2;]]>

步骤207：采用次梯度方法计算拉格朗日算子λ_R：

λR(lR+1)=[λR(lR)+sR*(Σn=1Npn(2)-PR)]+---(7-1)]]>

其中，上标l_R表示迭代次数，s_R表示步长，利用新得到的λ_R，返回步骤205，l_R=l_R+1，MBS处每个子载波的功率可根据公式（6-1）重新分配，如此反复迭代至最大迭代次数l_R=l_{R_max}；

步骤208：在BS端，初始化拉格朗日算子λ_R，设定步长值s_R；

步骤209：设BS端迭代次数为l_B=1，最大迭代次数为l_{B_max}；

步骤210：BS端的子载波依次迭代优化，设当前优化的子载波编号m=1:N；

步骤211：固定优化BS端第m个子载波上的优化功率

pm(1)=[T22-4T1T3-T22T1]+---(11-1)]]>

其中，

T1=bm(bm+pm(2)),---(11-2)]]>

T2=(2bm+pm(2))(Am-bmpm(1)),---(11-3)]]>

T3=(Am-bmpm(1))2-pm(2)(Am-bmpm(1))2ln2λB---(11-4)]]>

更新第m个子载波的功率值为当前优化得到的功率值，返回步骤210，直至N个子载波的优化功率全部更新完毕，且每个子载波功率收敛于固定值；

步骤212：计算BS处的拉格朗日算子λ_B，

λB(lB+1)=[λB(lB)+sB*(Σm=1Npm(1)-PB)]+---(12-1)]]>

其中l_B表示迭代次数，s_B是步长，利用新得到的λ_B，返回步骤209，MBS处每个子载波的功率可根据公式（11-1）重新分配，如此反复迭代至最大迭代次数l_B=l_{B_max}；

步骤213：判断BS与MBS处的和m=1,2,...,N是否收敛于固定值，如果否，返回步骤203，如果是，进入步骤214；

步骤214：输出BS与MBS端最终优化得到的各个子载波功率值。