[发明专利]一种提高蜂窝网通信系统中双向中继传输容量的方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种提高蜂窝网通信系统传输容量的方法，特别是一种提高蜂窝网通信系统中双向中继传输容量的方法。

背景技术

在蜂窝网通信系统中，双向中继技术能够明显提升系统的性能，在例如系统的频谱效率、通信覆盖范围和功率能效等方面具有很大的优势，因而受到广泛的关注。同时，频分正交技术(orthogonal frequency-division multiplexing, OFDM)与多天线技术 (multiple input and multiple output,  MIMO)通过对频域和空域上资源的利用，不仅能够克服无线信道的频率选择性衰落，而且能够明显提升整个系统的传输速率。针对双向中继系统资源优化分配问题，过去的方法主要从频域或者空域出发：（1）采用双向中继技术与频分正交复用技术相结合，通过采贪婪算法获得频谱资源的一种次优配置。（2）采用双向中继技术与多天线技术结合，研究各个节点处的预编码矩阵，获得空间复用增益。但是，这些研究的方法都未能充分利用资源，从而导致次优的结果。

发明内容

本发明的目的在于提出一种提高蜂窝网通信系统中双向中继传输容量的方法，解决蜂窝网通信中双向中继系统未能充分利用资源的问题。

一种提高蜂窝网通信系统中双向中继传输容量的方法，其具体步骤为：

第一步 建立蜂窝网通信系统中双向中继传输容量模型

双向中继系统所采用的传输协议分为两个阶段：多接入阶段MA，Multiple Access和广播阶段BC，Broadcast。

第一个用户节点的功率限制条件分别表示为：

                                      （1）

第二个用户节点的功率限制条件分别表示为：

                                      （2）

中继节点的功率限制条件分别表示为：

                                     （3）

其中，为第一个用户节点处的功率限制，为第二个用户节点处的功率限制，为中继节点处的功率限制。表示第一个用户节点在子载波的第个空间子信道上的功率分配变量，表示第二个用户节点在子载波的第个空间子信道上的功率分配变量，表示中继节点在子载波的第个空间子信道上的功率分配变量。

蜂窝网通信系统中双向中继MIMO-OFDM传输容量模型表示为： 

                   （4）                

其中，，表示子载波和空间子信道配对方案下对应的速率，，，，，，对于，和。二元变量，当时，表示MA阶段中的子载波和BC阶段中的子载波配对，则表示并未配对。二元变量，表示空间子信道的配对情况。表示MA阶段子载波的第个空间子信道与BC阶段子载波的第个空间子信道配对，而则表示并未配对。

第二步 通过拉格朗日对偶分解将双向中继传输容量模型简化为多个子链路传输容量模型

双向中继传输容量模型所对应的拉格朗日对偶问题模型为： 

                        （5）

其中，是拉格朗日对偶函数，表达式为：

   

为双向中继传输容量模型中第一个用户节点功率限制条件所对应的拉格朗日乘子，为双向中继传输容量模型中第二个用户节点功率限制条件所对应的拉格朗日乘子，为为双向中继传输容量模型中继节点处功率限制条件所对应的拉格朗日乘子。

将拉格朗日对偶函数划分为多个子链路问题相加的形式，表示为：

  （6）

第三步  提高子链路传输容量

通过划分拉格朗日对偶函数所得到的子链路问题模型表示为：

                       （7）

通过对子链路问题模型的三维可行解空间域进行离散搜索获得最优功率分配因子。

       将所求得的优化功率分配变量代入拉格朗日对偶函数得到

      （8）

其中，是将功率分配变量代入子链路问题模型所得。

假设子载波与子载波配对，即。为的矩阵(9),

                               （9）               

根据Hungarian算法，从中获得最优空间资源分配因子。