[发明专利]一种蜂窝网中多中继分配与中继功率分配方法及系统

权利要求书

1.一种蜂窝网中多中继分配与中继功率分配方法，其特征在于，该方法包括：

根据用户端、中继与基站的地理位置信息构建图结构网络，并将该图结构网络转化为二分图结构；

利用路径匹配算法确定中继与用户端，以及中继与基站间的匹配方案；

利用凸优化算法确定中继与其连接的用户端之间的功率资源分配比例；其包括：

对信道容量函数的凸性进行验证：

每一中继进行检验转发方法的信道容量计算公式为：

$C_{DF}(s,r,u)=\frac{W}{2}\·\min \{{\log }_2(1+{\mathrm{SNR}}_{sr}),{\log }_2(1+{\mathrm{SNR}}_{su}+{\mathrm{SNR}}_{ru})\};$

式中，C_DF(s,r,u)表示检验转发方法的信道容量，s表示基站，u表示用户端，r表示中继，W表示信道带宽，SNR_sr表示基站至中继的信噪比，SNR_ru表示中继至用户端的信噪比，SNR_su表示基站至用户端链路的信噪比；

上述中的SNR_sr与SNR_su的功率已经确定，SNR_ru的功率能够调节，则对于一个服务多个用户的中继，与其相关的信道容量有：

$C_{sum}\left(r_l\right)=\underset{i}{\Σ}\left(C_{DF}\right(s,r_l,u\left)\right)=\underset{i}{\Σ}\frac{W}{2}{\log }_2(1+{\mathrm{SNR}}_{su}+{\mathrm{SNR}}_{ru})$

式中，r_l表示不同的中继，C_sum(r_l)表示接受r_l中继服务的信道的总信道容量；

再将加上功率限制则得到一个优化问题：

$\left\{\begin{array}{c}max\underset{i}{\Σ}{\log }_2(1+{\mathrm{SNR}}_{su}+{\mathrm{SNR}}_{ru})\\ {\mathrm{SNR}}_{ru}=\frac{P_r}{N_0\·\left|\right|u,v|{|}^{\mathrm{\α}}}\\ \underset{i}{\Σ}{P}_r\≤P_w\\ \∀P_r\≥0\end{array}\right\};$

式中，P_r为中继对每条链路的发射功率，P_w为对中继总发射功率的限制，为最大总发射功率；N₀为环境噪声的功率谱密度，||u,v||为两个节点之间的欧几里得距离，α为路径损失指数，与信道相关；

上式是由一系列检测转发的信道容量非负加权而成，而对于任一个检测转发的信道容量公式有其关于功率的二阶导数为：

$-\frac{1}{{(N_0\·||r,u|{|}^{\mathrm{\α}})}^2*ln2}\·\frac{1}{{(1+{\mathrm{SNR}}_{su}+\frac{P_r}{N_0\·\left|\right|r,u|{|}^{\mathrm{\α}}})}^2};$

而该二阶导数为纯负数，即说明负的信道容量函数是一个凸函数；

将优化问题变为：

$\left\{\begin{array}{c}min-\underset{i}{\Σ}{\log }_2(1+{\mathrm{SNR}}_{su}+{\mathrm{SNR}}_{ru})\\ {\mathrm{SNR}}_{ru}=\frac{P_r}{N_0*\left|\right|u,v|{|}^{\mathrm{\α}}}\\ \underset{i}{\Σ}{P}_r\≤P_w\\ \∀P_r\≥0\\ P_w=n/m\end{array}\right\};$

式中，n为用户数量，m为中继数量；

通过上述过程将优化问题转化为凸优化问题，此时，利用凸优化算法对每一个中继进行凸优化，则可获得每一中继与其连接的用户端之间的功率资源分配比例。