[发明专利]多用户OFDM中继系统能量效率优化算法

权利要求书

1.一种多用户OFDM中继系统能量效率优化算法，其特征在于,所述算法包括如下步骤：

步骤1：建立系统优化模型：

步骤1.1：系统参数设定，一个两跳OFDM单中继网络，基站通过单个中继发送信息给K个 用户，通信模式采用TDD模式，系统共划分为N个子载波，每一个子载波的都占用相同的带宽 并经历相互独立的瑞利衰落，假设每一个中继节点可以获得自己前向和后向的瞬时信道信 息，并且所有的信道瞬时信息在源节点S和K个用户节点处都是可知的，定义和分别表示第一跳被占用的子载波i在基站和中继之间的信道增益，第二跳被占用的子 载波i在中继和用户k之间的信道增益，第一跳直接链路下占用子载波i基站和用户k之间的 信道增益以及第二跳直接链路下占用的子载波i基站和用户k之间的信道增益，中继和用户 k在每个子载波上的高斯白噪声(AWGN)的功率分别为和

步骤1.2：优化指标设定，包括

a)信道分配

如果第一跳基站通过子载波m将信号发送给中继，中继通过子载波n将信号发送给用户 k，则表示路径P(m,n,k)存在，那么代表子载波m与n配对、子载波对(m,n)-用户分配的三维 分配因子可以表示为：任意用户可以分配到多个子载 波对，而为防止自干扰，对于任意子载波对只能被一个用户占用，可以表示为 和

Σn=1NΣk=1Kφm,n,k=1,∀m]]>m与n；

b)功率分配

对于任意路径P(m,n,k)，基站第一时隙、第二时隙的发射功率和中继的发射功率分别 表示为和任意路径P(m,n,k)的最优功率分配可以描述为 整个系统的功率限制可以表示为：其中 P_total表示基站和中继两者总的功率之和；

c)中继策略

中继采用DF转发方式，路径P(m,n,k)上最大接收速率可以表示为： R(m,n,k)=12min{log2(1+amPmnks1),log2(1+bnkPmnkr+cmkPmnks1+ankPmnks2)},]]>其中 am=|hmsr|2σr2,bnk=|hnrk|2σk2,cmk=|hmsk1|2σk2,ank=|hnsk2|2σk2,]]>1/2的意义是1个信息的传输需要2个 时隙；

步骤1.3：优化模型设定，

当给定路径P(m,n,k)上总功率为P_mnk时，最大接收速率可以转化为： 其中a_mnk表示路径P(m,n,k)上的等效增益，表示为

整个系统的速率可以表示为： Rtotal(Φ,P)=12Σk=1KΣm=1NΣn=1Nφmnklog2(1+amnkPmnk),]]>其中P＝[P_mnk]_N×N×K，Φ＝[φ_mnk]_N×N×K且功率 P_mnk和因子φ_mnk分别满足先前的约束，相应地，基站和中继所消耗的功率和以及系统由于传 输所消耗的总的功率可以分别表示为：

Pusers(Φ,P)=Σm=1NΣn=1NΣk=1KφmnkPmnk]]>

和其中P_C是固定为常数的环路电流，表示功率转换 效率的倒数，最大化系统平均能量效率的最优化模型可以表示为： maxΦ,PηE(Φ,P)=Rtotal(Φ,P)Potal(Φ,P)]]>

s.t.(3),(4)and(5)

φmnk={0,1},Pmnk≥0,∀m,n,k]]>

R_total(Φ,S)≥R_req；

步骤2：获取瞬时信道信息，目的节点通过训练序列获得各信道的瞬时信道信息；

根据式

计算子载波用户对(m,n,k)的等效信道增益a_mnk，并使用黄金分割法在区间(0,1]求得 使得等效信道增益a_mnk取得最大值；

步骤3：初始化外循环参数，包括：初始化外循环迭代终止常数ε_outer以及外循环最大允 许迭代次数q₀＝0，n＝0；

步骤4：内循环算法主体部分；

步骤4.1：选取合适的拉格朗日因子λ的初始值λ(0)；

步骤4.2：定义决策矩阵Φ＝{φ_mnk}，φ_mnk＝1表示第m个子载波和第n个子载波对进行 配对并指派给用户k，φ_mnk＝0表示其它情况，计算子载波配对决策因子A_(i,j)，然后通过子载 波用户对三维分配算法得到决策矩阵Φ；

步骤4.3：根据拉格朗日因子算法计算(m,n,k)计算S_mnk、以及

步骤4.4：根据次梯度算法更新拉格朗日因子；

步骤4.5：重复步骤4.1至步骤4.4直到相邻两次的拉格朗日因子的差值的绝对值小于 ε_inner或内循环迭代次数大于同时相应的决策矩阵Φ也被确定；

步骤5：外循环算法收敛判断；

步骤5.1：计算

Rtotal=12Σk=1KΣm=1NΣn=1Nωkφmnklog2(1+amnkPmnk)]]>以及然后根据公式 来计算此时对应的能量效率；

步骤5.2：如果相邻两次计算得到的能量效率的差值的绝对值小于ε_out或外循环迭代次 数大于转入步骤6，否则重复步骤3至步骤5；

步骤6：输出算法计算结果，针对满足φ_mnk＝1的所有子载波用户对(m,n,k)计算 以及以获得功率分配信息。