[发明专利]一种基于分式规划的多中继协作通信系统资源分配方法

摘要

本发明公开一种基于分式规划的多中继协作通信系统资源分配方法，属于协作通信技术领域。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。本发明以最大化系统频谱效率，针对特殊的应用场景，来源实际应用，场景设置细致、合理联合考虑多个中继和多个用户的OFDM中继网络场景下的联合中继选择、载波配对和功率分配问题，具有现实的指导意义。

主权项

1.一种基于分式规划的多中继协作通信系统资源分配方法，其特征在于：包括步骤1：建立系统模型；系统中存在一个源节点S₁，N个中继节点，K个用户节点，传输带宽被分为M个子载波，每个子载波均分系统带宽并且经历独立的瑞利衰落，所有中继节点都应用半双工的DF中继方式，并且可以获得不同子载波下的瞬时信道信息，系统的通信过程分为两个时隙，在第一时隙内，所有中继节点和用户节点接收从源节点S₁广播发送的信号，并且每对子载波只能由一个中继使用，在第二时隙内，所有中继节点解码接收到的信号，然后通过与第一时隙配对的子载波转发给用户节点，源节点在第二时隙再次通过另一个子载波将信号发送给用户节点；针对第n个中继R_n，假设其第一个时隙内用第i个子载波接收信号，第二个时隙内用第j个子载波转发信号给用户k，并将这一子载波、中继与用户的配对记为SP(i，j，n，k)，该中继R_n在第一个时隙内收到的信号为用户k在第一时隙内接收到的信号为其中，s₁表示源节点发送的信号，且功率均为1，表示源节点的发送功率，h_i，j，n与h_i，j，k分别表示源节点到中继R_n与源节点到用户k之间的信道增益，假设其均服从零均值的复高斯分布，方差分别为与n_i，j，n与n_i，k为中继R_n处与用户节点k处的加性高斯白噪声，其方差为与在第二个时隙，源节点以功率在第j路子载波上重新发送其在第一个时隙发送的信号，同时中继节点R_n将在第一时隙从源节点接收到的信号解码转发给用户节点k，那么用户节点k在第二时隙收到的两路信号分别为：其中，s₁分别表示源节点与中继节点发送的信号，且功率均为1，表示源节点的发送功率，表示中继节点R_n的发送功率，g_{i，j，n，k}与g_i，j，k分别表示中继R_n到用户节点k与源节点到用户节点k之间的信道增益，假设其均服从零均值的复高斯分布，方差分别为与n_{i，j，n，k}与n_j，k为用户节点k处的加性高斯白噪声，其方差为与假设所有的噪声方差均为N₀，并定义：则传统DF中继模式下的接受信噪比为源节点在第二时隙重新发送的信号的接受信噪比为步骤2：系统场景分析，问题归结；根据香农定律，对于配对SP(i，j，n，k)，用户k在子载波对(i，j)上接收到的的信号容量是定义一个四维决策矩阵t＝{t_{i，j，n，k}}，若t_{i，j，n，k}＝1，则表示配对SP(i，j，n，k)被使用，若t_{i，j，n，k}＝0，则表示SP(i，j，n，k)没有被使用，最优化问题可以归结如下：其中，C1‑C5分别表示相应的约束条件；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，...，M}，并用次梯度方法迭代求解，其中β₀，β_m，m是相应的拉格朗日因子。