專利名稱：一種聯(lián)合子載波配對的ofdm雙向中繼網(wǎng)絡(luò)資源配置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，涉及無線協(xié)作中繼傳輸，特別涉及一種聯(lián)合子載波配對的OFDM雙向中繼網(wǎng)絡(luò)資源配置方法。
背景技術(shù)：
中繼技術(shù)就是在通信的源節(jié)點和目的地節(jié)點間引入中繼節(jié)點，源節(jié)點發(fā)給目的地節(jié)點的信息，一方面可以在源和目的間直連鏈路上傳輸，另一方面可通過中繼節(jié)點進行接力轉(zhuǎn)發(fā)給目的地節(jié)點。中繼技術(shù)在無線通信中有著廣泛的應(yīng)用，如衛(wèi)星通信、蜂窩通信、無線mesh網(wǎng)絡(luò)等都可采用中繼傳輸技術(shù)用于提高系統(tǒng)的傳輸性能。正交頻分復(fù)用(OFDM)是一種多載波調(diào)制方式，通過減小和消除碼間串?dāng)_的影響來克服信道的頻率選擇性衰落。它的基本原理是將信號分割為N個子信號，然后用N個子信 號分別調(diào)制N個相互正交的子載波。由于子載波的頻譜相互重疊，因而可以得到較高的頻譜效率。近幾年OFDM在無線通信領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)是一種新興的傳輸技術(shù)，通過在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點對信息進行不同級別的運算實現(xiàn)編碼，并在目的地端進行相應(yīng)的解碼運算。這樣可以有效節(jié)省無線傳輸?shù)臅r隙，提高頻譜利用效率，提升網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸流量。將網(wǎng)絡(luò)編碼與OFDM技術(shù)結(jié)合，對提高下一代無線通信系統(tǒng)的傳輸性能與效率具有重要的應(yīng)用前景。目前，還沒有將中繼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)和OFDM技術(shù)結(jié)合起來的研究。如何將中繼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)和OFDM技術(shù)結(jié)合，從而實現(xiàn)對OFDM系統(tǒng)的資源進行優(yōu)化分配，提高雙向中繼系統(tǒng)的傳輸吞吐量是亟需解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，特別創(chuàng)新地提出了一種聯(lián)合子載波配對的OFDM雙向中繼網(wǎng)絡(luò)資源配置方法。為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種聯(lián)合子載波配對的OFDM雙向中繼網(wǎng)絡(luò)資源配置方法，其包括如下步驟Si:選定初始向量λ = [H, 4·. .，lb(.w卜2丨,所述向量λ的每個元素
都為非負(fù)實數(shù)，定義載波配對矩陣Θ={Θμ_}Νχν和載波對中繼選擇矩陣V = i>nujMXNXN,并賦給這兩個矩陣初始值，其中，M為中繼節(jié)點數(shù)，N為子載波數(shù)，定義功率分配向量P =,其中，y >和必分別代表源節(jié)點S1和S2在上行
子載波i上對中繼節(jié)點Rm的發(fā)送功率，iC]代表中繼節(jié)點Rm在下行子載波j上
2I
的發(fā)送功率，定義 Qnj=r，j其中，Σ ;Iog2(I + AG)
k=l5L9
iSk} 一
+ a巧冒++1 _為上行時源節(jié)點Sk到中繼節(jié)點Rm在子載波i上的載干比，《,^為上行時Sk,到Rm在子載波i上的載干比，其中，k，k' e{l，2HMk#k'，禮 為下行時Rm到Sk在子載波j上的載干比，P,^為Sk,在子載波i上分配的功率。S2 :將初始向量λ代入Qn^j,使得Qn^j達到最大,得到優(yōu)化的功率分配向量P ；S3 將步驟S3得到的功率分配向量P帶入
N N M2M
辦 λ) = _ΣΣΣ 沒+Σ^.Λ 得到
/=1 j=l h =1k—\m=\
NNM2M 叫+Σ<Α+Σ^其中，Uffl "為將P帶入Qm "后的結(jié)果，
r=l j=l m=lk=lm=lIU’ 丄，JIU’ 丄，J
[I, m = m(i，/) = argmax Umjj，V</, j)
對所有θ ,j = i，根據(jù)m得到更新的載波對中繼選擇矩
陣Ψ ;
NNM2MS4 :將步驟 S4 得到的 Ψ=+Σ^Ρ^ +Συ..
i=l j—\ Ot--I堯二 I7 =1

N N2M
得到抑)=·ΧΣΣ《 . +Σ4ρ&- +Zn 其中 ULj =argmaxt/,,,.,v，VW> 定義矩陣
i.=l J=I會=1m=lm·
5
U\,l Uh2 …Ui’N
U= U1 T UT并從u選取N個元素，滿足每一行和每一列只能選取I個元素，使
UNI UNa …U[N
」5
得所選的N個元素在所有可能的選取組合中達到和最大，然后更新Θ得到最優(yōu)的Θ ；S5 更新向量 λ = λ+(5νλ，其中於=[▽▲ ,Vyls2為^..Xi ]lx(M+2)，
▽4 =PRm -Σ二ΣΙ#，Vme{1,2,-Μ}
其中，δ為迭代步長，若νλ達到收斂條件，則計算結(jié)束，返回的ρ，Θ和ψ即為系統(tǒng)最終的優(yōu)化配置值；否則回到步驟S2。本發(fā)明通過對信息傳輸過程中上行和下行階段的OFDM子載波的配對、載波對的中繼選擇以及源節(jié)點和中繼節(jié)點的功率分配，實現(xiàn)了系統(tǒng)的多資源聯(lián)合優(yōu)化配置，提升系統(tǒng)的傳輸吞吐量。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I是本發(fā)明聯(lián)合子載波配對的OFDM雙向中繼網(wǎng)絡(luò)資源配置方法示意圖。
具體實施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。本發(fā)明考慮了兩個源節(jié)點通過多個中繼節(jié)點進行信息對傳的場景，其中源節(jié)點發(fā)出的信號可以通過空中自然合并，在中繼節(jié)點進行放大轉(zhuǎn)發(fā)，之后被轉(zhuǎn)發(fā)給兩個源節(jié)點，具體的信息傳輸過程涉及到兩個階段的傳輸工作在第一階段，即上行階段，兩個源節(jié)點將信息通過已分配的子載波同時傳送給中繼節(jié)點；在第二階段，即下行階段，中繼節(jié)點接收來自兩個源節(jié)點的信號，進行放大轉(zhuǎn)發(fā)，而后根據(jù)各自所分配到的子載波廣播給兩個源節(jié)點。源節(jié)點根據(jù)自身傳輸信息的先驗知識，可以解出對方發(fā)回的信息。在信息傳輸過程中，通過對上行和下行階段的OFDM子載波的配對、載波對的中繼選擇以及源節(jié)點 和中繼節(jié)點的功率分配，可實現(xiàn)系統(tǒng)的多資源聯(lián)合優(yōu)化配置，提升系統(tǒng)的傳輸吞吐量。在本實施方式中，兩個源節(jié)點為SI和S2，S1和S2之間沒有直連路徑，需要通過M個中繼節(jié)點，即Rl，R2，…，RM進行信息對傳。假設(shè)源節(jié)點SI，S2和中繼節(jié)點Rm (I彡m彡M)
的可用發(fā)射功率分別為作，^和I，系統(tǒng)的子載波數(shù)為N。SI和Rm，S2和Rm，R之間的
上行、下行信道狀態(tài)信息都已知。假設(shè)通過優(yōu)化配置，上行的子載波i和下行的子載波j進行了匹配，也就是說上行時源節(jié)點SI和S2通過子載波i發(fā)送的信號，在下行時中繼節(jié)點會通過子載波j廣播給SI和S2。為了避免干擾，在本發(fā)明的資源配置方法中，一個上行子載波只能和一個下行子載波配對，且一組上下行子載波對只能選則一個中繼節(jié)點使用。每個中繼節(jié)點在所有分得的子載波上注入功率之和不能大于節(jié)點可得的發(fā)射功率限制。本發(fā)明的聯(lián)合子載波配對的OFDM雙向中繼網(wǎng)絡(luò)資源配置方法具體如下，如圖I所示，圖中方框內(nèi)的數(shù)字為載波序號SI :選定初始向量1 =，…，Hw+2!，向量λ的每個元素都為非負(fù)實數(shù)，定義載波配對矩陣9={01,上>^和載波對中繼選擇矩陣Ψ = {>π,μ.}μχνχν，并賦給這兩個矩陣初始值，在本實施方式中，賦給載波配對矩陣Q=Pi jNXN和載波對中繼選擇矩陣ψ={ψπ^}ΜΧΝΧΝ的初始值為Θ的任意一行元素之和為1，Θ的任意
一列元素之和也為1，當(dāng)若0^ = 0時，乙!>_=()，當(dāng)若0U = I時，Σ ι "=1。定義功率分配向量ρ =，其中，分別代表源節(jié)點S1和S2在上
行子載波i上對中繼節(jié)點Rm的發(fā)送功率，/C代表中繼節(jié)點Rm在下行子載波j上
2 ]
的發(fā)送功率，定義 Q咕jhu-m)其中，rHj 二 Σ
k二I,師 2} Z
二巧+++1 為上行時源節(jié)點Sk到中繼節(jié)點Rm在子載波i上
''' *，以TflJ
的載干比，定義《iff =J^L,其中s、為源節(jié)點Sk到中繼節(jié)點Rm間載波i的信道增益，，
' σκ,<
為中繼節(jié)點Rm接收到的噪聲方差。為上行時Sk,到中繼節(jié)點Rm在子載波i上的載干比，定義為其中、為源節(jié)點Sk到中繼節(jié)點Rm間載波i的信道增益，其中，
’ < e)
k，k' ￡{1，2},但1^古1^ ,具體來講就是當(dāng) Sk = S1 時，Sk, =S2,而當(dāng) Sk = S2 時，Sk, = Siq
~,s .. 2
為下行時中繼節(jié)點^到源節(jié)點Sk在子載波i上的載干比，定義為泛；^/ =^—，其中％、祀5)<
為下行時中繼節(jié)點Rm到源節(jié)點Sk間載波j的信道增益，σξ為源節(jié)點Sk接收到的噪聲方差。P、、為Sk,在子載波i上分配的功率，為中繼節(jié)點Rm在子載波j上分配的功率。
S2 :將初始向量λ代入Qn^j,使得Qn^j達到最大,得到優(yōu)化的功率分配向量ρ,在本實施方式中，將初始向量λ代入Qm^得到優(yōu)化的功率分配向量ρ的方法為對于每組θ i;J vm,i;J = 1，設(shè)定功率搜索步長P1,求解,當(dāng)滿足Who ,O >0，使得Qm,..達到最大時，即得到優(yōu)化的功率分配P。S3 將步驟S3得到的功率分配向量ρ帶入
NNM2M
^(λ)=_ΣΣΣ 故展 …+Σ 得到
r^lfc=lW=I
N N M2M
= max￡.c/wf .+^mPKif其中為源節(jié)點Sk的最大發(fā)送功率，
i二I _/=i m—lk— m=lJrit
53k
為中繼節(jié)點Rm的最大發(fā)送功率，Um^為將P帶入Qm^后的結(jié)果，對所有θυ= 1，根據(jù) \l,m = m(i, j) = arg max Umjj，V( :，j)
M得到更新的載波對中繼選擇矩陣ψ ；
NNM2MS4 :將步驟S4得到的Ψ代入ΜΑ = ·ΣΣΣ6
7=1 J-I=!k=\m=\
J *>
N N2M
得到 ^(1) = ιμχΣΣ^+ΣΑΑ+ΣΚ 其中[/ = argmax定義矩陣
—I j-Ιk—If>i —I
5
"1,1 Uls2 ... UiN
= Λ 7 ::: 通過匈牙利算法從U選取N個元素，滿足每一行和每一列只能選
f/_v.i Un2 ■ ■ · UNjN
L-1
取I個元素，使得所選的N個元素在所有可能的選取組合中達到和最大，然后更新Θ得到最優(yōu)的Θ，在本實施方式中，更新Θ的規(guī)則為若Uy被選中，則Qij = I,否則0^=0，，從而得到最優(yōu)的Θ。S5 更新向量 λ = λ+ 5￥λ，其中 νλ =]叩/十2), =P ^ke {1,2}
=Kt ΣΚ V歷 e {IX-M}，其中，δ為迭代步長,在本實施方式中，δ可以為常數(shù)S=a或者和迭代次數(shù)有關(guān)的函數(shù)，如第t輪迭代，與0 = /#。若￥1達到收斂條件，例如νλ*每個元素的絕對值與mm丨對應(yīng)元素的比值都小于某一設(shè)定閾值時，則計算結(jié)束，返回的ρ，θ和Ψ即為系統(tǒng)最終的優(yōu)化配置值；否則回到步驟S2。本發(fā)明在信息傳輸過程中，通過對上行和下行階段的OFDM子載波的配對、載波對的中繼選擇以及源節(jié)點和中繼節(jié)點的功率分配，可實現(xiàn)系統(tǒng)的多資源聯(lián)合優(yōu)化配置，提升系統(tǒng)的傳輸吞吐量。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解在不 脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種聯(lián)合子載波配對的OFDM雙向中繼網(wǎng)絡(luò)資源配置方法，其特征在于，包括如下步驟 .51:選定初始向量…，，所述向量λ的每個元素都為非負(fù)實數(shù)，定義載波配對矩陣9={0"}10<,和載波對中繼選擇矩陣V = {>m，Jmxnxn，并賦給這兩個矩陣初始值，其中，M為中繼節(jié)點數(shù)，N為子載波數(shù)，定義功率分配向量,其中，gy和分別代表源節(jié)點S1和S2在上行子載波i上對中繼節(jié)點Rm的發(fā)送功率 2代表中繼節(jié)點Rm在下行子載波j上的發(fā)送功率，定義
2.如權(quán)利要求I所述的聯(lián)合子載波配對的OFDM雙向中繼網(wǎng)絡(luò)資源配置方法，其特征在于，賦給載波配對矩陣Q=Pi jNXN和載波對中繼選擇矩陣Ψ = {>Π^}ΜΧΝΧΝ的初始值為Θ的任意一行元素之和為1，Θ的任意一列元素之和也為1，當(dāng)若9^ = 0時，11% =()，當(dāng)右 9 i，j = I 時，y, I-, =1。
3.如權(quán)利要求I所述的聯(lián)合子載波配對的OFDM雙向中繼網(wǎng)絡(luò)資源配置方法，其特征在于，將初始向量λ代入Qm^得到優(yōu)化的功率分配向量P的方法為對于每組θυΨπ& =1，設(shè)定功率搜索步長P1,求解舊>和,當(dāng)滿足Oo ,O ，使得Qm ^達到最大時，即得到優(yōu)化的功率分配P。
4.如權(quán)利要求I所述的聯(lián)合子載波配對的OFDM雙向中繼網(wǎng)絡(luò)資源配置方法，其特征在于，更新Θ的規(guī)則為若Uy被選中，則Θ i；J = 1，否則0^=0。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種聯(lián)合子載波配對的OFDM雙向中繼網(wǎng)絡(luò)資源配置方法，其包括如下步驟首先，選定初始向量定義載波配對矩陣θ={θi，j}N×N和載波對中繼選擇矩陣ψ={ψm，i,j}M×N×N，并賦給這兩個矩陣初始值，定義然后，將初始向量λ代入Qm,i,j，使得Qm,i,j達到最大，得到優(yōu)化的功率分配向量p；隨后，利用功率分配向量p得到更新的載波對中繼選擇矩陣ψ；再后，利用載波對中繼選擇矩陣ψ更新θ得到最優(yōu)的θ；最后，更新向量返回的p，θ和ψ即為系統(tǒng)最終的優(yōu)化配置值。本發(fā)明通過對信息傳輸過程中上行和下行階段的OFDM子載波的配對、載波對的中繼選擇以及源節(jié)點和中繼節(jié)點的功率分配，實現(xiàn)了系統(tǒng)的多資源聯(lián)合優(yōu)化配置，提升系統(tǒng)的傳輸吞吐量。
文檔編號H04L27/26GK102868512SQ201210362439
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者熊軻, 樊平毅, 易粟, 雷鳴 申請人:清華大學(xué), 日電(中國)有限公司