[发明专利]一种基于能效最优的中继系统联合资源分配方法

摘要

本发明公开一种基于能效最优的中继系统联合资源分配方法，属于移动通信技术领域。包括步骤：建立系统模型，系统场景分析，问题归结，使用凸优化方法求解最优化问题。本发明区别与传统的中继协议，允许基站在第二个时隙通过这些空闲的子载波重发第一时隙的信息，能够降低基站和中继的发射功率，提高系统容量。本发明以能量效率的优化模型为非线性混合整数规划问题，由于无法应用目前的常规方法进行求解，为了降低该问题的复杂度，先采用Dinkelbach方法将该优化模型变为线性凸规划，然后基于对偶规划对简化后的线性规划问题进行求解，最后结合匈牙利算法与次梯度算法算出最优解。本发明算法设计合理，易于实现。

主权项

1.一种基于能效最优的中继系统联合资源分配方法，其特征在于：包括步骤1：建立系统模型；系统中有一个中继，K个用户，总带宽被等分成N个子载波，其中，K表示用户总数量，N表示子载波总数量，不同子载波之间相互独立，所有子载波的信道均服从瑞利衰落，系统通过两个时隙传输信号，在第一时隙内，信号源通过广播的方式发送信号，中继和用户都接受这一来自源节点的信号，在第二时隙内，中继完成子载波的配对，根据信道状态信息选择出不同子载波的信号分别转发给哪个用户，并决定该子载波对是否采用中继进行转发，若不采用中继，则发送一个信令信号给源节点，源节点通过与第一时隙不同的子载波再次发送信号给用户，设信号传输时，第一时隙用第m个子载波，第二时隙用第n个子载波，用与分别表示源节点到中继节点、源节点到用户节点与中继节点到用户节点的信道增益，与传统的中继方式不同的的是，考虑到信道的极端恶劣情况，每次系统传输信号要先决定是否使用中继，若在第二时隙内，不选择用中继进行信号转发，则信号源再次通过第n条子载波重新发送信号给用户，此时信道增益为假设信道中的噪声为相互独立的零均值高斯白噪声，并用分别表示中继节点与第k个用户节点的噪声方差，1≤k≤K，源节点与中继节点可以获取所有的信道状态信息，定义等效的信道增益与其中，m和n表示子载波编号，m，n∈(1，2，...，N)，k表示用户编号，k∈(1，2，...，K)，定义决策矩阵s＝{s_mnk}来表示路径选择Path(m，n，k)情况，s_mnk＝1表示路径Path(m，n，k)被选中，s_mnk＝0表示未被选中，对于某一选定的路径Path(m，n，k)，定义参数t_mnk来表示是否使用中继进行信号转发，当使用中继时，t_mnk＝1，且此时系统的信号传输速率为当不使用中继时，参数t_mnk＝0，则此时的传输速率为其中与表示使用中继模式时源节点和中继节点的发送功率，与则表示不使用中继时，源节点在第一时隙与第二时隙发送的直传信号功率，因此对已选择的路径Path(m，n，k)来说，源节点到用户节点之间的总信息传输速率为步骤2：系统场景分析，问题归结；对某一路径Path(m，n，k)而言，如果使用中继辅助传输信号，优化问题是一个最大‑最小问题，而只有当两个相互比较的多项式相等时，最小值才能取得最大，系统才能获得最大的信道容量，信号传输速率可以改写为其中是改写后的等效信道增益，并用来代替表示原式中的两个功率变量；定义变量w_k来表示不同用户的权重，系统在所有子载波对上与所有用户上的总容量为系统所有节点在两个时隙内所使用的总功率为其中P_BC与P_RC分别表示源节点与中继节点维持设备正常工作所用的环路电流功率，最大化系统能量效率的优化问题可以表示为：步骤3：使用凸优化方法求解最优化问题；所述优化问题P1的求解可以采用拉格朗日因子方法：再联立和n∈{1，2，...，N}，k∈{1，2，..，K}，m∈{1，2，...，N}，并用次梯度方法迭代求解，其中β_s，n，n，β_t，n，n，β₀，β₁是相应的拉格朗日因子。