帶到第n個(gè)子信道的頻譜距離。
[0049]由于認(rèn)知DF中繼系統(tǒng)與PU之間缺少協(xié)作，SU和中繼很難獲得與PU之間準(zhǔn)確的CSI。 假設(shè)SUT和中繼能夠獲得與PU之間信道的統(tǒng)計(jì)信息及對(duì)應(yīng)的參數(shù)。假設(shè)|々r|和|々r|服從參數(shù) 為曰SP和CiRP的瑞麗衰落，那么刮/!r f服從參數(shù)為
的指數(shù)分布。因此，在無法 獲得瞬時(shí)信道增益時(shí)，可采用如下統(tǒng)計(jì)干擾約束條件：
(1)
[0化。其中，IP(.)表示概率，，ruh為概率口限值。
[0052]根據(jù)上述分析，本文研究的認(rèn)知DF中繼系統(tǒng)功率分配問題可W表示為如下優(yōu)化問 題：
(8)
[0化引其中，巧和貨分別為SUT和中繼的功率口限值。
[0059]為了方便求解優(yōu)化問題OPl，首先對(duì)約束條件C3和C4進(jìn)行處理。由于指數(shù)分布的累 '1 _g-懼 2> 巧. 積分布函數(shù)為：巧2;片)叫^ '2^。（其中Z為隨機(jī)變量山為參數(shù)），那么約束條件C3和C4可 W等效為
對(duì)上述兩個(gè)不等式進(jìn)一步化簡(jiǎn)可得： (9)
[0061]由式(9)可W看出，對(duì)PU的每個(gè)子信道上的統(tǒng)計(jì)干擾約束最終轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)每個(gè)子信 道上的發(fā)射功率約束。由于優(yōu)化問題OPl是非凸的，很難對(duì)其進(jìn)行直接求解。為了能夠求解， 引入變量Xn,那么優(yōu)化問題OPl等效為如下優(yōu)化問題：
(10)
[0068] 可W看出，優(yōu)化問題0P2的目標(biāo)函數(shù)為分式形式，其分子是凹函數(shù)，分母和所有不 等式約束均是凸的，因此0P2為分式規(guī)劃問題。在求解0P2之前定義函數(shù)f(x，p，A):
[0069] f(x,p,入）= I(X)-Aptotai(P) (11)
的定義與 ptDtal相同。
[0071 ]引入新的參數(shù)優(yōu)化問題0P3
[007。0P3 ?.咒 I(/，)} 膽）
[0073] 其中，*為0P2的可行域。
[0074] 令
為優(yōu)化問題0P2的最優(yōu)解，0P2的目標(biāo)函數(shù)值為：
。那么，0P2與0P3之間的關(guān)系可通過W下定理進(jìn)行描述：
[0075] 定理1:令-義只'"'1| (如'那么當(dāng)且僅當(dāng)
(1巧
[0077] 成立時(shí)，最優(yōu)解(X*，P*)使得0P2取得最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值入*。
[0078] 通過定理1可知，優(yōu)化問題0P2可W等效為參數(shù)為A叫寸的優(yōu)化問題0P3。因此，求解 0P2等效于首先求解參數(shù)優(yōu)化問題0P3 (給定A)，然后更新A直到滿足定理1的條件。
[0079] 令t表示算法迭代次數(shù)，（xt，pt)和(xW，pW)分別表示第t次和第t+1求得的解。同 樣，令算法在第t次和第t+1次求得的入分別表示為A哺A"i。假設(shè)辛由于(6(入t) >〇，iKA"i)>〇。由于，A"i是通過
更新的。那么：
[0080] (6(入t) = l(xt)-入tptotal(pt) =(入"1-入t)pt〇tal(pt)>0 (14)
[OOW]因?yàn)閜t°tai(pt)>〇,所WA"i>At。又因?yàn)閕KA)是嚴(yán)格單調(diào)遞減函數(shù)，所W只要迭代 次數(shù)t足夠大，iKA)將逐漸達(dá)到零值，并且滿足定理1。
[0082] 本發(fā)明的仿真效果如下：假設(shè)可用的子信道數(shù)N = 20,每個(gè)子信道的帶寬Af = 0.2MHz,PU個(gè)數(shù)L=U可推廣到多個(gè)PUs的情況），PU占用的帶寬為IMHz,所有信道服從信道 功率增益為1地的瑞麗衰落。不失一般性，令巧=/&，認(rèn)知接入點(diǎn)和中繼端的tS=^=1，電路 功率消耗if =Zf =日OlW，噪聲功率為巧' = IO^ W。
[0083] 圖1為干擾口限I化取值為l〇-6W、l〇-7W、l〇-8W時(shí)，本文算法的能量效率隨概率口限 %h的變化關(guān)系，從圖中可W看出，隨著rUh的逐漸增大，能量效率逐漸減小。干擾口限I化較大 時(shí)的能量效率要高于干擾口限較小時(shí)的能量效率。運(yùn)是由于SUT和中繼節(jié)點(diǎn)的每個(gè)子信道 上的功率約束為
，顯然運(yùn)兩個(gè)口限值是％h的減函數(shù)和 Ith的增函數(shù)。因此，當(dāng)Ith增大時(shí)對(duì)子信道的功率約束較寬松，而當(dāng)％h增大時(shí)對(duì)子信道的功 率約束較嚴(yán)格。
[0084] 圖2描述了本文提出算法的能量效率隨SUT功率口限值墻的變化曲線，顯然的能量 效率隨著功率口限的增大而增大，最終保持不變。運(yùn)是因?yàn)?，?dāng)功率口限增大時(shí)，SUT可用的 功率也增大，當(dāng)功率口限增大到一定值后，由于子信道功率受到干擾口限約束，SUT可使用 的功率達(dá)到了最大值，因此能量效率不再增加。另外，圖中還給出了不同IUh取值時(shí)本文算法 的比較。顯然，隨著％h取值的減小，系統(tǒng)的能量效率逐漸增大。運(yùn)是因?yàn)殡S著％h的減小，約 束條件C3、C4對(duì)子信道上的功率約束變得寬松。由此可W看出，在只能獲得信道的統(tǒng)計(jì)信息 時(shí)，要獲得較高的能量效率其代價(jià)是對(duì)PU干擾概率的增加。
[0085] 圖3為能量效率隨中繼功率口限巧的變化曲線，從圖中可W看出，圖3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 與圖2類似。隨著中繼功率口限蠟的增大，兩種算法的能量效率也逐漸增大并最終保持不 變。圖4為不同概率口限取值下，兩種算法的性能隨著干擾口限的變化關(guān)系，當(dāng)干擾口限Ith 取值較小時(shí)，對(duì)子信道功率約束較大，系統(tǒng)的能量效率較小，而當(dāng)Ith取值較大時(shí)，對(duì)子信道 的約束較小，系統(tǒng)的能量效率較大。
[0086] 綜上所述，本發(fā)明考慮到次用戶與主用戶之間信道狀態(tài)信息難W準(zhǔn)確獲取的實(shí)際 情況，在優(yōu)化認(rèn)知解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)中功率分配方案的過程中，引入了根據(jù)次用戶與主用 戶之間統(tǒng)計(jì)信息確定的信道狀態(tài)不明情況下的次用戶發(fā)射機(jī)對(duì)主用戶的干擾功率約束條 件，W及根據(jù)中繼與主用戶之間統(tǒng)計(jì)信息確定的信道狀態(tài)不明情況下的中繼對(duì)主用戶的干 擾功率約束條件，首先對(duì)統(tǒng)計(jì)干擾約束條件進(jìn)行等效變換，然后引入變量將原優(yōu)化問題轉(zhuǎn) 化為等效的凸優(yōu)化問題得到本發(fā)明的技術(shù)方案，利用本發(fā)明的方法能夠在保證主用戶通信 質(zhì)量的情況下獲得較高的系統(tǒng)能量效率。
[0087] 通過W上的實(shí)施方式的描述可知，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可W清楚地了解到本發(fā)明可 借助軟件加必需的通用硬件平臺(tái)的方式來實(shí)現(xiàn)?；谶\(yùn)樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案實(shí)質(zhì) 上或者說對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分可W W軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品 可W存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)中，如ROM/RAM、磁碟、光盤等，包括若干指令用W使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備 (可W是個(gè)人計(jì)算機(jī)、服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明的實(shí)施例或?qū)嵤├哪承┎糠?所述的方法。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 認(rèn)知解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)的功率分配方法，其特征在于，包括如下步驟： A、粒系統(tǒng)會(huì)糧效率最大化的參數(shù)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù) * " -" I - >?=} \ \?=i / \ n=i / I 其中，g為次用戶發(fā)射機(jī)在第η個(gè)子信道上的發(fā)射功率，為中繼在第η個(gè)子信道上的發(fā)射功 率，Χη為與第η個(gè)子信道有關(guān)的變量，引入變量Χη的約束條件：λ表示各信道信息傳輸速率之和與系統(tǒng)總功耗之比的參數(shù)，Ν為子信道個(gè)數(shù)，1八5和1/3分別 為次用戶發(fā)射機(jī)端和中繼端功率放大器的漏極效率，和/f為分別次用戶發(fā)射機(jī)端和中 繼端的電路功率，為從次用戶發(fā)射機(jī)到中繼的信道增益，為從次用戶發(fā)射機(jī)到次用 戶接收機(jī)的信道增益，為從中繼到次用戶接收機(jī)的信道增益，<和7丨分別為中繼端和 次用戶接收機(jī)端的加性高斯白噪聲方差，嚴(yán)和1?分別為主用戶對(duì)次用戶和中繼的干擾功 率， 初始化參數(shù)λ以及使參數(shù)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)4相近的閾值s; Β、根據(jù)次用戶發(fā)射機(jī)與主用戶之間的信道統(tǒng)計(jì)信息以及中繼與主用戶之間的信道統(tǒng) 計(jì)信息分別建立信道狀態(tài)不明情況下的次用戶發(fā)射機(jī)對(duì)主用戶的干擾功率約束條件和中 繼對(duì)主用戶的干擾功率約束條件； C、 聯(lián)立步驟Α建立的參數(shù)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和引入的變量Χη的約束條件、步驟Β建立的信道 狀態(tài)不明情況下的次用戶發(fā)射機(jī)對(duì)主用戶的干擾功率約束條件和中繼對(duì)主用戶的干擾功 率約束條件、次用戶發(fā)射機(jī)發(fā)射功率約束條件和中繼發(fā)射功率約束條件，得到認(rèn)知中繼系 統(tǒng)能量效率最大化的等效優(yōu)化問題； D、 求解步驟C所述優(yōu)化問題得到次用戶發(fā)射機(jī)在第η個(gè)子信道上的發(fā)射功率Ζ和中繼 在η個(gè)子信道上的發(fā)射功率〖以及變量χη; Ε、由步驟D求解的次用戶發(fā)射機(jī)在第η個(gè)子信道上的發(fā)射功率乳§和中繼在η個(gè)子信道上 的發(fā)射功率.P"R_以及變量Χη，更新參數(shù)λ; F、將當(dāng)前迭代計(jì)算得到的次用戶發(fā)射機(jī)在第η個(gè)子信道上的發(fā)射功率g和中繼在η個(gè) 子信道上的發(fā)射功率以及變量χη和參數(shù)λ帶入?yún)?shù)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)求解，求解的結(jié)果在閾 值δ范圍內(nèi)時(shí)確定當(dāng)前迭代計(jì)算的次用戶發(fā)射機(jī)在第η個(gè)子信道上的發(fā)射功率 As和中繼在η 個(gè)子信道上的發(fā)射功率#為最優(yōu)解，求解的結(jié)果超出閾值S范圍時(shí)重復(fù)步驟D和步驟Ε直至 求得最優(yōu)解。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)的功率分配方法，其特征在于，步驟Β 中建立的信道狀態(tài)不明情況下的次用戶發(fā)射機(jī)對(duì)主用戶的干擾功率約束條件和中繼對(duì)主 用戶的干擾功率約束條件為：其中，PW表示概率，為從次用戶發(fā)射機(jī)到主用戶發(fā)射機(jī)的信道增益，為從中繼 到主用戶發(fā)射機(jī)的信道增益：rs為正交頻分多址的符號(hào)周期，dn為主 用戶頻帶到第η個(gè)子信道的頻譜距離，B為主用戶占用的帶寬，f為子信道帶寬，/f第η個(gè)子信 道的干擾門限值，％h為概率門限值。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的認(rèn)知解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)的功率分配方法，其特征在于，所述信 道狀態(tài)不明情況下的次用戶發(fā)射機(jī)對(duì)主用戶的干擾功率約束條件和中繼對(duì)主用戶的干擾 功率約束條件等效為：其中，aSP和aRP為次用戶發(fā)射機(jī)與主用戶之間信道以及中繼與主用戶之間信號(hào)服從瑞麗 衰落的參數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)臟的認(rèn)知解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)的功率分配方法，其特征在于， 步驟E中由表達(dá)式：L新參數(shù)λ，其中，t表示迭代次數(shù)，（P0)和(xt+1，p t+1)分別 表示第t次和第t+1求得的解f ? fi-i\ ?=ι / v n=i /5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)的功率分配方法，其特征在于，步驟C中 所述次用戶發(fā)射機(jī)發(fā)射功率約束條件和中繼發(fā)射功率約束條件為其中，4為次用戶發(fā)射機(jī)發(fā)射功率門限值，if為中繼發(fā)射功率門限值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了認(rèn)知解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)的功率分配方法，屬于無線通信的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明考慮到次用戶與主用戶之間信道狀態(tài)信息難以準(zhǔn)確獲取的實(shí)際情況，在優(yōu)化認(rèn)知解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)中功率分配方案的過程中，引入了根據(jù)次用戶與主用戶之間統(tǒng)計(jì)信息確定的信道狀態(tài)不明情況下的次用戶發(fā)射機(jī)對(duì)主用戶的干擾功率約束條件以及根據(jù)中繼與主用戶之間統(tǒng)計(jì)信息確定的中繼對(duì)主用戶的干擾功率約束條件，首先對(duì)統(tǒng)計(jì)干擾約束條件進(jìn)行等效變換，然后引入變量將原優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為等效的凸優(yōu)化問題，利用本發(fā)明的方法能夠在保證主用戶通信質(zhì)量的情況下獲得較高的系統(tǒng)能量效率。
【IPC分類】H04W52/46, H04W52/24, H04W52/34
【公開號(hào)】CN105636188
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511008568
【發(fā)明人】左加闊, 左超
【申請(qǐng)人】南京郵電大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2015年12月29日