一种全双工双向中继系统节点发射功率的控制方法
专利汇可以提供一种全双工双向中继系统节点发射功率的控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种全双工双向中继系统 节点 发射功率的控制方法，适用于采用 叠加 编码的解码转发全双工双向中继系统，本方法以系统QoS要求和叠加编码功率分配因子值受限为约束条件，目标是最小化节点发射功率和；利用信道知识，并根据源节点对 数据速率 的要求，对源节点和中继节点发射机的发射功率以及中继节点处的叠加编码功率分配因子进行动态调整，在满足系统QoS要求条件下，最小化节点发射功率和。，下面是一种全双工双向中继系统节点发射功率的控制方法专利的具体信息内容。
1.一种全双工双向中继系统节点发射功率的控制方法，系统中的三个节点，即两个源节点和一个中继节点，均工作在全双工模式，假设信道为频率非选择性瑞利衰落信道，S1和S2为源节点，R为位于源节点之间的解码转发中继节点，系统中源节点S1、S2和中继节点R三个节点能够通过信道估计得到准确的信道状态信息，其特征在于，利用信道知识，并根据源节点对数据速率的要求，对源节点和中继节点发射机的发射功率以及中继节点处的叠加编码功率分配因子进行动态调整，在满足系统中断概率性能要求条件下，实现源节点S1、S2和中继节点R三个节点的发射功率和的最小化；首先检验信道条件能否满足系统通信业务要求，若能够满足，则通过最小化节点发射功率和的功率控制算法，计算系统中各个节点的发射功率，并计算功率门限；若源节点S1、S2和中继节点R三个节点的发射功率和小于等于功率门限，则源节点S1、S2和中继节点R同时进行信息的发送，完成源节点S1与S2之间的信息互通；若信道条件不能够满足系统通信业务要求或信道条件能够满足系统通信业务要求时的源节点S1、S2和中继节点R三个节点发射功率和大于功率门限，则源节点S1、S2和中继节点R处于静默状态，系统产生中断，在满足系统中断性能要求的条件下，提供较小的节点发射功率和。
2.根据权利要求1所述的全双工双向中继系统节点发射功率的控制方法，其特征在于，所述最小化节点发射功率和的节点功率控制算法过程如下：在第k个时隙，k∈{1，2，3...}，源节点S1将需要发送的信息编码调制为发送信号x1[k]，假设x1[k]具有单位功率，并向中继节点R进行发送；与此同时，源节点S2将需要发送的信息编码调制为发送信号x2[k]，假设x2[k]具有单位功率，并向中继R进行发送；中继节点R在接收源节点S1和S2发送信号的同时，采用叠加编码技术，将接收到的源节点S1和S2的合并信号解码为源节点发送信息，然后再将该源节点发送信息编码调制为发送信号 同时将xR[k]转发给源节
点S1和S2，其中，ρ为叠加编码功率分配因子，0≤ρ≤1；源节点S1和S2接收到信号xR[k]后，去除自己发送的信号项，再解调、解码获得对方源节点发来的信息，实现源节点S1和S2间信息的交互；
在第k个时隙，源节点S1、S2和中继节点R接收到的信号分别为
因为信道特性是准静态的，并且具有互易性，h1和h2不仅分别表示源节点S1和S2到中继节点R的信道增益，还代表中继节点R到源节点S1和S2的信道增益；P1、P2和PR分别表示源节点S1、S2和中继节点R的发送功率；g11、g22和gRR分别为源节点S1、S2和中继节点R通过自干扰消除后的残留自干扰因子，假设g11＝g22＝gRR＝g并且0≤g≤1；n1、n2和nR分别表示源节点S1、S2和中继节点R接收到的高斯白噪声，系统中每个节点接收到的高斯白噪声方差为1，并且不同节点处的噪声信号统计独立；
此时，中继节点R到源节点S1的可达速率为
中继节点R到源节点S2的可达速率为
源节点S1到中继R的可达速率为
源节点S2到中继R的可达速率为
式(4)、式(5)、式(6)及式(7)中，|h1|2、|h2|2分别表示信道增益h1和h2模的平方；
在满足系统中断性能要求的条件下，最小化节点发送功率和，建立优化问题的公式(8)，得：
式(8a)、式(8b)、式(8c)和式(8d)组成了公式(8)，式(8b)中，Pout表示系统中断概率，sQ表示系统能够接受的最大中断概率；式(8a)中，P1*、P2*、 和ρ*分别表示公式(8)的最优解，即针对变量P1、P2、PR和ρ给出的最优解；
将公式(8)给出的最优解P1*、P2*、 和ρ*分别作为源节点S1、S2和中继节点R的发射功率以及中继节点R处的叠加编码功率分配因子，能够使源节点S1与S2之间借助中继节点R以中断概率sQ进行消息的交互，并使源节点S1、S2和中继节点R的发射功率和最小化。
3.根据权利要求2所述的全双工双向中继系统节点发射功率的控制方法，其特征在于：
所述求解式(8a)、式(8b)、式(8c)和式(8d)组成的式(8)的最优解，采用递进式优化求解方法：
首先，忽略约束条件(8b)，假设源节点S1、S2与中继节点R均能够成功解码，即IR1≥λ2、IR2≥λ1、I1R≥λ1、I2R≥λ2和式(9)同时成立；
λ1和λ2分别为源节点S1和S2的信息发送速率，并且有λ1≤λ2，IR1、IR2、I1R和I2R分别由式(4)、式(5)、式(6)和式(7)给出；λ1和λ2是对频带归一化的速率，量纲为bit/s/Hz；
在源节点S1、S2与中继节点R均能够成功解码情况下，建立最小化节点发送功率和的问题即公式(10)，得：
式(10a)、式(10b)、式(10c)、式(10d)、式(10e)、式(10f)、式(10g)和式(10h)组成了公式(10)，g表示节点S1、S2和R处的残留自干扰因子， 和 分别表示公式(10)的最优解，即针对变量P1、P2、PR和ρ给出的最优解；
若系统采用公式(10)的解进行信息的发送，此时系统中断概率为零；
全双工模式下，同时频的发射和接收会引起自干扰，公式(10)可能无可行解，即在源节点S1和S2的发送速率分别为λ1和λ2及三个节点的残留自干扰因子为g的条件下，找不到和 使得源节点S1、S2和中继节点R均能够成功解码；
若公式(10)存在可行解，则对源节点S1、S2和中继节点R三个节点的发送功率和设定门限 此时，若公式(10)给出的解 和 的和小于等于 即 系
统中的源节点S1、S2和中继节点R将采用 和 进行信息的发送；若
则源节点S1、S2和中继节点R保持静默状态，不发送任何信息，系统产生
中断；
此时的系统中断概率定义为：公式(10)存在可行解且 的概率与公式
(10)无可行解概率的和，系统中断概率为
Pr(·)表示概率，E表示公式(10)不存在可行解的事件，表示E的逆事件，即公式(10)存在可行解；
公式(10)是一个凸优化问题，它的可行解能够通过Karush-Kuhn-Tucker条件来求得，利用拉格朗日乘子法，并利用KKT条件，解得公式(10)的最优解，分下面2种情况：
Case1：当不等式(13)成立时，公式(10)的最优解为
Case2：当不等式(15)或不等式(16)成立时，公式(10)的最优解为
其中
因此，不等式(13)、(15)或(16)成立时，公式(10)有最优解；当不等式(13)、(15)和(16)均不成立时，公式(10)无最优解；
此时，式(11)给出的系统中断概率为
为了方便求解式(18)给出的中断概率，下面给出式(12)和式(14)中的节点发射功率和的上界，即， 的上界；
根据式(12)给出的节点发射功率，可得 的上界为：
根据式(14)给出的节点发射功率，可得 的上界为：
将式(19)和式(20)给出的 的上界作为 和 的和，并代入式(18)得到系
统中断概率的一个近似解：
式(21)中，σ1和σ2分别为|h1|2和|h2|2的均值；
观察式(21)发现， 是 的减函数，即大的 将产生小的 相反，大的 将
对应小的
因为，系统要求 必须得到保证，因此，从能效的角度取
令 得
公式(22)给出的 就是源节点S1、S2和中继节点R三个节点发射功率和的门限；当公式(10)给出的最优解 和 的和小于等于 时，源节点S1和S2之间借助中继节点R进行消息的交互，当公式(10)给出的最优解 和 的和大等于 时，源节点S1、S2和中继节点R保持静默状态，不进行任何的信息发送，系统产生中断。
4.根据权利要求3所述的全双工双向中继系统节点发射功率的控制方法，其特征在于：
具体步骤如下：
步骤1，源节点S1、S2和中继节点R分别验证不等式(13)、(15)和(16)成立与否；
步骤2，若不等式(13)成立，则源节点S1、S2和中继节点R根据式(12)计算各自的发送功率，并且中继R根据式(12)计算叠加编码功率分配因子，若不等式(15)或不等式(16)成立，则源节点S1、S2和中继节点R根据式(14)计算各自的发送功率，并且中继节点R根据式(14)计算叠加编码功率分配因子；若不等式(13)、(15)和(16)均不成立，则到步骤5；
步骤3，源节点S1、S2和中继节点R根据式(22)计算功率门限；
步骤4，若源节点S1、S2和中继R的发射功率和小于等于功率门限，源S1、S2和中继节点R进行信息的发送，然后到步骤6；若源节点S1、S2和中继节点R的发射功率和大于功率门限，则进行下一步步骤5；
步骤5，源节点S1、S2和中继节点R保持静默状态，不进行任何的信息发送，产生一次中断；
步骤6，方法结束。
一种全双工双向中继系统节点发射功率的控制方法
技术领域
背景技术
发明内容
[k]转发给源节点S1和S2，其中，ρ为叠加编码功率分配因子，0≤ρ≤1；源节点S1和S2接收到信号xR[k]后，去除自己发送的信号项，再解调、解码获得对方源节点发来的信息，实现源节点S1和S2间信息的交互；
送；若 则源节点S1、S2和中继节点R保持静默状态，不发送任何信息，系统
产生中断；
节点R进行消息的交互，当公式(10)给出的最优解 和 的和大等于 时，源节点
S1、S2和中继节点R保持静默状态，不进行任何的信息发送，系统产生中断。
具体实施方式
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