[发明专利]针对单个节点功率受限的双跳全双工DF中继系统最优功率分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率分配方法，涉及无线传输技术领域。

背景技术

第五代移动通信将为用户提供更高的数据传输速率和更好的服务质量。然而，要在有限的频谱资源上实现更高的速率和更大的容量，就必须使用频谱效率极高的无线传输技术。尽管多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)技术已经极大地提高了无线通信系统的性能和容量，并且近年来得到了迅猛的发展，已成为新一代无线通信的核心技术之一，然而现有通信系统中，无论频分双工(Frequency Division Duplex，FDD)模式和还是时分双工(Time Division Duplex，TDD)模式都通过占用不同的资源实现上、下行通信来避免上下、行通信间的干扰，这显然将浪费一半的无线资源。所以如何利用同一信道实现同时双向的传输现已成为5G后续演进技术中可以挖掘的重要无线频谱资源。

最近几年，全双工无线通信技术逐渐引起了人们的重视，全双工无线通信技术旨在利用同一频率进行同时收发，这样既节省了时间资源又节省了频率资源，理想的全双工系统的频谱利用率是FDD系统以及TDD系统的二倍。而全双工中继系统则是全双工技术与中继技术的结合，提高系统的频谱利用效率的同时还能够提高系统容量增加系统覆盖面积。而最优功率分配策略，则是中继系统达到最优性能的保障。传统的最优功率分配策略都是针对半双工中继系统的，而对于全双工中继系统，系统架构与半双工完全不同，因此需要重新构建适用于全双工中继系统的最优功率分配策略。

发明内容

针对双跳全双工解码转发(Decode-and-Forward,DF)中继系统的单个节点的功率受限问题，本发明提供一种针对单个节点功率受限的双跳全双工DF中继最优功率分配方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种针对单个节点功率受限的双跳全双工DF中继系统最优功率分配方法，所述双跳全双工DF中继系统由源节点R₀，中继节点R₁以及目的节点R₂组成，信号传播的信道为瑞利衰落信道，假设p_i为节点R_i(i＝0,1)的发射信号的功率，即源节点R₀的发射功率是p₀，中继节点R₁的发射功率是p₁，当不考虑自由空间传播损耗时，节点R_j(j＝1,2)的接收到的来自节点R_i(i＝0,1)的经过衰落信道后信号的平均信噪比为：

其中Ω_i,j为信道衰落系数的模值的均方值，N₀为噪声功率。

当给定接收信噪比门限γ_th(与端到端传输速率有关)时，双跳全双工DF中继系统的端到端的中断概率P_o(γ_th)为：

这样双跳中继系统的单个节点的功率受限为p_Max时，双跳全双工DF中继最优功率分配策略等价为非线性最优化问题：

约束条件:

等价于：

约束条件:

设则对目标函数去自然对数运算后，最优化问题等价为：

约束条件:

其中：

最终最优功率分配问题转化为公式(5)所示，而最优功率分配方案可以按如下几个步骤进行：

步骤1：设目标函数f(p₀,p₁)，

步骤2：判断A与B的大小，总共有三种情况，当A<B时执行步骤3，A>B时执行步骤4，A＝B时执行步骤5；

步骤3：此时A<B，包含如下几个子步骤：

步骤3a：对f(p₀,p_Max)取关于p₀的微分有

步骤3b：令微分结果等于0，解方程得到

步骤3c：设迭代精度门限值ε，对利用等功率分配对p₀，即

步骤3d：令中间变量等于p₀；

步骤3e：将p₀带入公式(9)中，求得新的p₀；