[发明专利]基于吞吐量最大化的鲁棒功率分配方法

摘要

本发明公开了一种认知双向中继网络中基于吞吐量最大化的鲁棒功率分配方法，主要解决现有等功率分配方法下次用户系统吞吐量较低的问题。其技术方案包括：使用导频信号获取非理想信道状态信息；以最大化系统吞吐量为目标，得到两个次用户节点发射功率与中继节点发射功率之间的关系表达式；然后利用黄金分割法搜索得到中继节点发射功率初始值；根据干扰限制条件得到次用户网络所有节点的功率分配表达式；次用户网络所有节点按照分配的功率发送信号；最后重新获取并估计信道状态信息。本发明具有实现计算复杂度低，对信道适应性强，可获得最大系统吞吐量的优点，特别适合信道状态信息非理想的非对称信道认知双向中继系统。

主权项

1.一种基于吞吐量最大化的鲁棒功率分配方法，包括：步骤(1)，使用导频信号获取非理想信道状态信息：(1a)两个次用户节点S1、S2同时向中继发送导频信号，中继根据收到的导频信号获取到两个次用户节点的非理想信道状态信息；(1b)中继节点R发送相同的导频信号给两个次用户节点，两个次用户节点获取到中继节点的非理想信道状态信息；步骤(2)，在系统总功率受限的条件下，以最大化系统吞吐量为目标，得到两个次用户节点S1、S2处发射功率值P1、P2与中继节点R处发射功率值PR的关系式为：式中，P_t为系统总功率，d₁和d₂分别为次用户节点S₁和S₂到中继节点R的距离，α为信道衰落系数，R₁和R₂分别表示次用户节点S₁和S₂处的所需数据速率，τ为相关信道估计误差因子，分别表示次用户网络和主用户网络的信道增益方差，M＝P_t‑P_R；步骤(3)，构建目标函数并求得功率值PR：(3a)构建吞吐量目标函数为：式中，I₁和I₂分别表示次用户节点S₁和S₂处的瞬时信息速率，和分别表示S₁和S₂处的中断概率，通过香农信道容量公式求得这两个中断概率的近似值为：(3b)将步骤(2)中的P1、P2代入步骤(3)中的目标函数，得到一个关于PR的一维函数f(PR)，再使用黄金分割法从该一维函数中求出初始的功率值PR；(3c)判断初始功率值P_R是否大于其上界值P_I/|h_RP|²，若是，则得到最终功率值否则，将初始值P_R代入步骤(2)中关系式分别得到S₁、S₂处发射功率值P₁、P₂的初始值，其中P_I表示次用户网络所有节点对主用户的干扰门限，h_RP表示中继节点R到主用户的信道增益；步骤(4)，判断初始功率值P1和P2是否满足限制条件P1|h1P|2+P2|h2P|2≤PI：若条件满足，初始功率值P₁和P₂即是最终功率值P₁^f和功率分配结束；若条件不满足，则根据假设|h_1P|²＝|h_2P|²和P₁+P₂＝M′，得到M′＝P_I/|h_1P|²，将M′代替M带入步骤(2)中关系式，得到最终功率值P₁^f和其中h_1P和h_2P分别表示次用户节点S₁和S₂到主用户的信道增益；步骤(5)，两个次用户节点S₁、S₂分别按照最终功率值P₁^f和发送信号，中继节点R按照最终功率值转发信号，开始两时隙的信号互传；步骤(6)，两个次用户节点和中继节点重新获取并估计信道状态信息，同时判断总功率Pt值是否改变：如果信道的状态发生改变或者Pt值改变，则按步骤(2)重新计算功率分配结果；否则，按照原有功率分配结果发送信息。