mimo双向中继信道能量效率优化算法研究

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1、MIMO双向中继信道能量效率优化算法研究#方力，邱玲**510152025（中国科学技术大学电子工程与信息科学系，合肥230027）摘要：本文研究了MIMO双向中继信道的能量效率优化问题。首先考虑无功率约束下的能量效率优化问题，采用嵌套优化方法得到了最优的功率分配。并在此基础上求解有功率约束时的能量效率优化问题，如果无功率约束时的最优解在最大功率约束内，则它们即为有功率约束时的最优解，否则通过确定一部分节点的最优发射功率，减小剩下节点的发射功率的优化区间来求解该问题。仿真结果验证了本文所提优化算法的有效性。关键词：通信与信息系统；MIMO双向中继；优化；能

2、量效率中图分类号：TN929.5Energyefficiencyoptimizationfortwo-wayMIMOrelaychannelsFangLi,QIULing(DepartmentofElectronicEngineeringandInformationScience,UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei230027)Abstract:Thispaperconsiderstheenergyefficiencyoptimizationforthetwo-wayMIMOrelaychannel.Co

3、nsideringtheunconstrainedenergyefficiencyoptimizationcasewithoutpowerconstraintsatfirst,theframeworkofnestedoptimizationisemployedtoobtaintheoptimalpowerallocations.Afterthat,theoptimalunconstrainedsolutionsareextendedtotheconstrainedcase.Iftheoptimalunconstrainedsolutionsfallwithin

4、themaximumpowerconstraints,thentheyaretheoptimalsolutionfortheconstrainedcase.Otherwise,weconfirmseveralnodes’optimalpowerandthenreducetherangeofthepoweroptimizationintervaltodrivetheconstrainedoptimalsolution.Simulationsarefinallyprovidedtoshowtheeffectivenessofouralgorithms.Keywor

5、ds:communicationandinformationsystems;MIMOTwo-wayrelaychannels;optimization;energyefficiency300引言随着全球变暖问题和运营商运营成本问题的显现，能量效率（能效，EE）越来越受到关注，并成为一个新的系统性能优化准则。能效定义为系统容量除以系统总功耗。目前，基于能效的链路级自适应技术研究受到了广泛关注[1-3]，根据不同的信道衰落情况和功耗模型，3540最大化能效。另一方面，双向中继信道（TWRC）是无线网络中的一种新技术，它是两个源节点通过中继节点的帮助进行信息交互。

6、物理网络编码（PNC）是一种对TWRC有效也很有前景的技术，将PNC应用到TWRC中能将完成一次传输所需的时隙从原始方案的4个减少到2个[4]广泛地研究[5,6]。当前对于TWRC能效的研究很少，文献[7]通过固定两个源节点的传输速率，进行了最基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金（20133402110061）作者简介：方力（1988-），男，硕士研究生，主要研究方向：中继系统能效优化算法通信联系人：邱玲（1963-），女，教授，博士生导师，主要研究方向：MIMO技术、中继和协作通信、异构网络、绿色通信、无线资源管理.E-mail:lqiu@ustc.ed

7、u.cn-1-，从而能显著提高系统的频效和能效。其容量界及以频效为优化目标的功率分配等正在被小化功耗的研究，其优化的目标函数及其性质与本文所研究的能效不同。同时，能效问题已在单向传输中被广泛研究，如点对点信道[1,2]，广播信道[3]，其基本思想是采用分数优化方法[8]455055在我们之前的研究[9]中，提出了一中单天线下TWRC中基于嵌套优化的能效优化算法，相比较于分数优化，使用嵌套优化对最优解的来源与结构有更好的诠释。但是，应用到多输入多输出（MIMO）系统时，容量表达式的改变导致在单天线下能得到的一些闭式表达不再能够获得，进而无法直接使用其中的优化

8、算法。因此，本文在此基础上提出了一种M