[发明专利]基于能量效率的双跳全双工中继系统发射功率优化方法

说明书

本发明考虑一种基于能量效率的双跳全双工中继系统发射功率优化方法，通过构建以系统发射功率受限以及最低频谱效率受限为约束，最大化系统能量效率为目标的优化问题，联合优化信源发射功率以及中继发射功率。优化过程为首先固定信源发射功率，优化中继发射功率，然后固定中继发射功率，对信源发射功率进行优化，重复中继和信源发射功率的交替优化步骤，直至系统达到最大的能量效率。相对于基于频谱效率的传统方案，本发明能够有效提高系统能量速率，并且计算复杂度较低，利于工程实现。

技术领域

本发明涉及中继通信系统，尤其是一种基于能量效率的双跳全双工中继系统发射功率优化方法。

背景技术

常见的双天线中继的工作模式主要为放大转发和解码转发，放大转发的基本原理是，中继节点在接收到源节点的信号后，不进行任何的解调和解码，而直接进行模拟处理后放大转发出去。放大转发协议是一种最早出现的模式，实现最为简单，性能良好，但会带来一个显著的问题，中继节点会对接收到的信号无差别放大转发，必然也放大了噪声，造成了噪声的累计传播，中继信道变得前后相关，不再是服从正态分布的。用式子来表示就是中继节点对接收到的信号s_r乘上β因子进行放大得到s_t再发送出去，放大因子β满足其中和分别为发送信号和接收信号的功率。

在设计中继系统时一个最重要的考虑因素就是在全双工和半双工中继工作模式之间的选择。半双工(Half Duplex,HD)传输指数据可以在一条链路的两个方向传输，但不能同时传输，例如一个节点可以在一个时隙中发送数据，然后待发送结束后在另一个正交时隙才可以接收数据。全双工(Full Duplex,FD)指允许数据在两个方向上同时传输，即同一频率上的同时发送和接收，能够在相同频率和时间内，同时发送和接收信号。半双工由于分割两个时隙分别用于收发，因此会得到较低的信息速率，全双工同时收发，具有比半双工加倍的信息速率，但同时会带来一个新的不容忽略的问题，中继在发送信号时接收天线也在工作，因此中继的发射信号会被其本身的接收天线重新接收，形成自干扰。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种基于能量效率的双跳全双工中继系统发射功率优化方法，通过构建以系统发射功率受限以及最低频谱效率受限为约束，最大化系统能量效率为目标的优化问题，联合优化信源发射功率以及中继发射功率。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种基于能量效率的双跳全双工中继系统发射功率优化方法，通过构建以系统发射功率受限以及最低频谱效率受限为约束，最大化系统能量效率为目标的优化问题，联合优化信源发射功率以及中继发射功率，具体包括以下步骤：

(1)以中继发射功率受限以及最低频谱效率受限为约束，最大化端到端能量效率为目标，固定信源发射功率p_S，对中继发射功率p_R进行优化；

(2)以信源发射功率受限以及最低频谱效率受限为约束，最大化端到端能量效率为目标，固定中继发射功率p_R，对信源发射功率p_S进行优化；

(3)重复步骤(1)-(2)，直至系统的能量效率收敛，得到最优的联合发射功率。

作为优选，步骤(1)通过构建如下优化问题优化中继发射功率p_R：

优化目标为：最大化

约束条件为：p_R≤P_R，