本發明專利技術公開了一種基于AF機制的雙向中繼系統功率分配方法，適用于基于放大重傳機制的雙向中繼系統，本方法以系統QoS要求和發射機峰值發射功率受限為約束條件，目標是最小化系統總發射功率；利用信道統計值和根據源節點對數據速率的要求，對發射機的發射功率進行動態調整，在滿足系統QoS要求和發射機峰值發射功率限制條件下，最小化系統總發射功率。
【技術實現步驟摘要】
[000。 本專利技術設及一種基于AF(放大重傳，Amplif>-and-Forward,AF)機制的雙向中繼 系統功率分配方法，目的是最小化系統總發射功率，屬于無線通信
技術介紹
上世紀走十年代，研究人員提出無線中繼通信，即采用接力的形式進行信息的傳 輸，W提高通信質量，抵抗無線信道衰落、陰影效應、多徑效應等的影響和擴大通信范圍、克 服移動終端功耗受限等問題。1995年，邸化實驗室的Telatar、Foschini等人針對不相關 瑞利衰落信道，在最優編解碼和接收端能夠準確預知發射端信道狀態信息的假設下，理論 證明了接收端和發送端使用多天線（Multi-I噸utMulti-Ou化ut,MIM0)技術能夠使通信鏈 路的容量成倍的增加。雖然，MIM0技術在抗信道衰落和提升系統容量方面具有明顯的優勢， 然而在小型無線移動終端較難安置多天線的難題使得理想的MIM0技術在走向實用的過程 中步履維艱。為此，Sendonaris和Laneman等人提出協作中繼技術，通過不同用戶節點共 享彼此的天線和其它網絡資源的形式來構造虛擬多天線陣列"，并通過分布式處理和協作 來獲得空間分集增益。然而，由于實際中繼通信系統的半雙工限制，使得傳統的單向協作中 繼術在提高無線通信性能的同時也帶來了頻譜效率的損失。為此，科研人員針對經典的= 節點網絡，基于放大轉發和解碼轉發協議提出了一種稱之為雙向中繼的協作中繼機制。雙 向中繼作為一種特殊的協作傳輸形式，能夠顯著提升網絡吞吐量和提高頻譜利用率，為無 線通信網絡（如蜂窩移動通信網絡和無線傳感器網絡）中的高效數據通信提供了一種有效 的技術手段，已經得到學術界和產業界的高度重視。 功率分配作為一種重要的鏈路自適應技術，通過對發射機發射功率的有效控制， 可W有效地提升系統整體傳輸性能，提高能量利用率，達到綠色節能和高效的目的。一般而 言，功率分配對應兩類優化問題；1)W系統QoS為目標，發射機功率為約束條件；2)W發射 機功率為目標，系統QoS為約束條件。最近，學術界針對第一類功率分配問題，已經展開了 廣泛而又深入的研究。隨著"綠色無線電"概念的提出，如何節能減排，降低無線通信系統的 能量消耗，吸引了科技人員更多的關注。雖然，目前關于AF雙向中繼系統的高能效功率分 配技術研究取得了一些成果，但都未考慮發射機峰值發送功率受限情況。實際上，移動通信 網絡中的節點，尤其是移動終端節點，由于是電池供電，發射機的峰值發射功率是有限的。 此外，可W證明，在瑞利衰落環境下，不考慮發射機峰值發射功率受限條件下的理想功率分 配技術，發射機的平均發射功率將趨于無窮。另外，為了進行功率分配，發射機需要知道鏈 路信息。為了獲取鏈路信息，通常接收機通過發射機發射的導頻序列估計鏈路信息，然后再 將估計值反饋給發射機。該一過程中；一方面需要利用反饋信道，占用頻譜資源，并且鏈路 信息的反饋也需要消耗能量資源；另一方面，由于信道的時變性，當信道快變時，接收機通 過信道估計并將估計到的鏈路信息反饋到發射機后，鏈路狀態可能已經發生了變化。實際 上，對于時分系統而言，信道特性具有互易性。發射機可W通過長時間的觀測來獲得信道的 統計值，而不需要占用反饋信道或消耗額外的能量資源。因此，在快變信道條件下，發射機 可w利用信道的統計值來調整自身的發射功率，w優化系統的性能。 綜上，非常有必要，從綠色通信的角度，利用信道統計值，研究發射機峰值發射功 率受限和滿足系統QoS要求條件下的自適應功率分配技術，W便具體應用。
技術實現思路
[000引本專利技術提供一種一種基于AF(放大重傳，Amplif>-and-Forward,AF)機制的雙向 中繼系統功率分配方法，利用信道統計值，根據源節點的數據速率，來對發射機的發射功率 進行調整，在滿足系統QoS要求和發射機峰值發射功率受限條件下，實現系統總發射功率 的最小化，本方法適用于基于放大重傳機制的雙向中繼通信系統。 本專利技術的技術方案如下：一種基于AF機制的雙向中繼系統功率分配方法，其特征 在于；利用信道統計值，根據源節點的數據速率對發射機的發射功率進行調整，在滿足系統 QoS要求和發射機峰值發射功率受限條件下，實現系統總發射功率的最小化； 對于基于AF機制的雙向中繼系統，系統中兩個源節點Na和NB通過中繼N進行信 息的交互，源節點Na和Ne之間的一次信息交互分兩個階段完成，若在時分雙工模式下，源節 點之間的一次信息交互將占用兩個連續并等長的時隙，第一個時隙初，噸和Nc首先檢查k =入2/入1的值，其中^ 1和^ 2為雙向中繼信道的統計值，可W分別看做是源節點Na和Nb 到中繼節點Nc鏈路增益hAK和heK模的平方的率參數，即，IhJ2和IheK12的率參數，然后，根 據k的取值選擇W下5種情況之一：[000引 Case1，當&<7-4>后時，若【主權項】1. 一種基于AF機制的雙向中繼系統功率分配方法，其特征在于：利用信道統計值，根 據源節點的數據速率對發射機的發射功率進行調整，在滿足系統QoS要求和發射機峰值發 射功率受限條件下，實現系統總發射功率的最小化； 對于基于AF機制的雙向中繼系統，系統中兩個源節點乂和N B通過位于兩者之間的中 繼節點乂進行信息的交互，源節點NJP心之間的一次信息交互分兩個階段完成，在時分雙 工模式下，源節點乂和NB2間的一次信息交互將占用兩個連續并等長的時隙，第一個時隙 初，源節點乂和心首先檢查k= λ 的值，其中λ JP λ 2為雙向中繼信道的統計值，分 別看做是源節點乂和N Β到中繼節點N ,鏈路增益h ΑΚ和h ΒΚ模的平方的率參數，即，I h AK12和 I hBK 12的率參數，然后，根據k的取值選擇以下5種情況之一： Case 1，當是<7 -4#時，若成立，則乂和Nb的發射功率分別為：否則，（PA, PB) = (inf, inf); Case 2, z 當女<0.25時，若成立，則乂和Nb的發射功率分別為：否則，（PA, PB) = (inf, inf); Case 3,當0. 25彡k彡4時，若成立，則乂和心的發射功率由式（4)給出，否則，匕義）=(11^，11^); Case 4,當4<左<7 + 4\^ 3 時，若成立，則乂和心的發射功率由式（4)給出，否則，匕義）=(11^，11^); Case 5,當/,:>7 + +s/J 時，若成立，則乂和Nb的發射功率分別為：否則，（PA, PB) = (inf, inf); 上述式中，P為發射機的最大峰值發送功率，QsS系統的QoS性能要求，z = 2 &-1，其 中r為源節點Na和N B的數據速率，（P A，PB) = (inf，inf)意味著Na和N B將不選擇發送，回 歸空閑狀態； 如上所述，若所檢查的不等式（1)、（3)、（5)、（6)或（7)不成立，則NJPNb回歸空閑狀 態，若成立則將各自的二進制信息％和!^，通過編碼調制為發送信號&和sB，并同時向中繼 節點乂進行發送，源節點發射功率分別根據式（2)、式（4)或式（8)計算得出； 第一個時隙末，中繼乂接收到的信號為： 本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于AF機制的雙向中繼系統功率分配方法，其特征在于：利用信道統計值，根據源節點的數據速率對發射機的發射功率進行調整，在滿足系統QoS要求和發射機峰值發射功率受限條件下，實現系統總發射功率的最小化；對于基于AF機制的雙向中繼系統，系統中兩個源節點NA和NB通過位于兩者之間的中繼節點NR進行信息的交互，源節點NA和NB之間的一次信息交互分兩個階段完成，在時分雙工模式下，源節點NA和NB之間的一次信息交互將占用兩個連續并等長的時隙，第一個時隙初，源節點NA和NB首先檢查k＝λ2/λ1的值，其中λ1和λ2為雙向中繼信道的統計值，分別看做是源節點NA和NB到中繼節點NR鏈路增益hAR和hBR模的平方的率參數，即，|hAR|2和|hBR|2的率參數，然后，根據k的取值選擇以下5種情況之一：Case?1，當時，若z[2k+2(1+k)]{λ1k+λ2[k+2(1+k)]}QS2k(1+k)≤P---(1)]]>成立，則NA和NB的發射功率分別為：PA=z[2k+2(1+k)]{λ1k+λ2[k+2(1+k)]}QS2k(1+k)PB=z[2k+2(1+k)]{λ1k+λ2[k+2(1+k)]}QS[1+k+2k(1+k)]---(2)]]>否則，(PA,PB)＝(inf,inf)；Case?2，當7-43<k<0.25]]>時，若z[λ1(k+2kk)+λ2(1+2k)]QS2kk≤P---(3)]]>成立，則NA和NB的發射功率分別為：PA=z[λ1(k+2kk)+λ2(1+2k)]QS2kkPB=z[λ1(k+2kk)+λ2(1+2k)]QS2k---(4)]]>否則，(PA,PB)＝(inf,inf)；Case?3，當0.25≤k≤4時，若z[λ1(k+2kk)+λ2(1+2k)]QSk≤P---(5)]]>成立，則NA和NB的發射功率由式(4)給出，否則，(PA,PB)＝(inf,inf)；Case?4，當4<k<7+43]]>3時，若z[λ1(k+2kk)+λ2(1+2k)]QS2k≤P---(6)]]>成立，則NA和NB的發射功率由式(4)給出，否則，(PA,PB)＝(inf,inf)；Case?5，當時，若z[2+2(1+k)]{λ1[1+2(1+k)]+λ2}QS2(1+k)≤P---(7)]]>成立，則NA和NB的發射功率分別為：PA=z[2+2(1+k)]{λ1[1+2(1+k)]+λ2}QS[1+k+2(1+k)]PB=z[2+2(1+k)]{λ1[1+2(1+k)]+λ2}QS2(1+k)---(8)]]>否則，(PA,PB)＝(inf,inf)；上述式中，P為發射機的最大峰值發送功率，QS為系統的QoS性能要求，z＝22r?1，其中r為源節點NA和NB的數據速率，(PA,PB)＝(inf,inf)意味著NA和NB將不選擇發送，回歸空閑狀態；如上所述，若所檢查的不等式(1)、(3)、(5)、(6)或(7)不成立，則NA和NB回歸空閑狀態，若成立則將各自的二進制信息mA和mB，通過編碼調制為發送信號sA和sB，并同時向中繼節點NR進行發送，源節點NA和NB的發射功率分別根據式(2)、式(4)或式(8)計算得出；第一個時隙末，中繼NR接收到的信號為：yR=PAhARsA+PBhBRsB+wR---(9)]]>其中，wR為NR處的高斯白噪聲；接著，NR將接收到的信號yR乘上放大參數F=1PA|hAR|2+PB|hBR|2+1---(10)]]>然后，NR將檢查k＝λ2/λ1的值，并根據k的取值選擇以下3種情況之一，來決定自己的發射功率：Case?1，當時，NR的發射功率為：PR=z[2k+2(1+k)]{λ1k+λ2[k+2(1+k)]}QS[2k+2k(1+k)]---(11)]]>Case?2，當時，NR的發射功率為：PR=z[λ1(k+2kk)+λ2(1+2k)]QSk---(12)]]>Case?3，當時，NR的發射功率為：PR=z[2+2(1+k)]{λ1[1+2(1+k)]+λ2}QS[2+2(1+k)]---(13)]]>在第二時隙末，NA和NB接收的信號分別為：yA=F(PAPRhARhRAsA+PBPRhRAhBRsB+PRhRAnR)+wA---(14)]]>y...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：吉曉東，包志華，章國安，曹張華，
申請(專利權)人：南通大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32
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