三节点协作通信解码转发的功率分配方法和系统 技术领域 本发明涉及移动通信领域，更具体的说是涉及三节点协作通信解码转发的功率 分配方法和系统。
背景技术 在新一代移动通信 ( 对于 “3G” 网络来说可以称为 “4G” ) 系统中，多节点协 作网络的应用十分广泛。 在多节点协作网络中，最为常见的是三节点协作。 三个节点分 别为源节点，协作节点和目的节点。 三个节点对应的实例可以是 ：源节点对应基站，协 作节点对应空闲用户或其他基站，目的节点对应目的用户。
三节点协作的大致过程为 ：源节点将信息发送至协作节点，然后由协作节点处 理并转发至目的节点。 其中，协作节点在接收到源节点发送的信号后，需要对信号进行 解码，仅当协作节点能够正确解码时，才能将译码后的信息经编码转发给目的节点，这 一过程称为协作节点的解码转发。
现有技术中，三节点协作通信解码转发的功率分配方法是建立在各个节点所处 位置均匀对称，传输内容相同等假设条件之上的。 现有方法令各个节点的发射功率相 等，源节点发送阶段和协作节点转发阶段的传输时隙相等，称为对称解码转发协作。
但是在实际应用中，各个节点所处位置不是均匀对称的，传输内容也不相同。 由于现有技术中的三节点协作通信解码转发的功率分配方法的假设条件不符合实际，导 致现有方法中三节点协作通信的遍历容量 ( 理论上的网络带宽最大值 ) 较小。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种三节点协作通信中解码转发的功率分配方法和系 统，用以解决现有方法中三节点协作通信的解码转发过程的通信容量较小的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案 ：
一种三节点协作通信中解码转发的功率分配方法，所述方法包括 ：
在每一帧数据的通信时间内，采样信道中的 N 个采样点，得到每个采样点对应 的源节点与目的节点之间的信道的增益值 γ0、源节点与协作节点之间的信道的增益值 γ1，协作节点与目的节点之间的信道的增益值 γ2 ；
根据 N 个采样点对应的各个信道增益值 γ0、γ1 和 γ2，计算遍历容量最大化时 对应的协作节点接收阶段的瞬时时隙分配比例 δ(h)，源节点随信道状态变化的瞬时功率 Ps(h) 和协作节点随信道状态变化的瞬时功率 PR(h) ；
根据计算结果，为所述源节点分配 PS(h) 的功率，为所述协作节点分配 PR(h) 的 功率，将该帧数据的通信时间中比例为 δ(h) 的时间分配给协作节点，以便所述协作节 点接收所述源节点的信息。
具体的，所述根据 N 个采样点对应的各个信道增益值 γ0、γ1 和 γ2，计算遍历 容量最大化时对应的协作节点接收阶段的瞬时时隙分配比例 δ(h)，源节点随信道状态变化的瞬时功率 PS(h) 和协作节点随信道状态变化的瞬时功率 PR(h)，包括 ：
A、分别计算 N 个采样点对应的遍历容量最大时对应的协作节点接收阶段的瞬时 时隙分配比例 δ(i)，源节点随信道状态变化的瞬时功率 PS(i) 和协作节点随信道状态变 化的瞬时功率 PR(i) ；
B、更新拉格朗日因子其中，λt 为拉格朗日因子，初值 λ0 ＝ 0，Δλ 为第二迭代步长，ε2 为第二迭 代门限 ；P0 ＝ PS(h)+PR(h) ； C、判断拉格朗日因子是否收敛，即 D、更新线性加权系数 是否成立，如果收敛，
则计算对应的遍历容量 CDF 后退出 ；否则，返回步骤 A ；
其中，θl 为线性加权系数，初值 θ0 ＝ 0，Δθ 为第一迭代步长，ε1 为第一迭 代门限 ； E、判断线性加权系数是否收敛，即 是否成立，如果收敛，则计算 源节
遍历容量最大化时对应的协作节点接收阶段的瞬时时隙分配比例 点随信道状态变化的瞬时功率和协作节 点随信道状态变化的瞬时功率否则，将拉格朗日因子 λt 重置为初值 λ0 ＝ 0，返回步骤 A。
优选的，所述第一迭代步长 Δθ 和 ε1，以及所述第二迭代步长 Δλ 和 ε2 的 Δθ ＝ 0.01， ε1 ＝ 0.01 ； Δλ ＝ 0.01， ε2 ＝ 0.01。 优选的，所述采样点的个数 N 的取值，具体为 ：N ＝ 512。 本发明还公开了一种三节点协作通信中解码转发的功率分配系统，所述系统包值为 ：
括： 增益值采样模块，用于在每一帧数据的通信时间内，采样信道中的 N 个采样 点，得到每个采样点对应的源节点与目的节点之间的信道的增益值 γ0、源节点与协作节
点之间的信道的增益值 γ1，协作节点与目的节点之间的信道的增益值 γ2 ；
功率分配值计算模块，用于根据 N 个采样点对应的各个信道增益值 γ0、 γ1 和 γ2，计算遍历容量最大化时对应的协作节点接收阶段的瞬时时隙分配比例 δ(h)，源节 点随信道状态变化的瞬时功率 Ps(h) 和协作节点随信道状态变化的瞬时功率 PR(h) ；
功率分配模块，用于根据计算结果，为所述源节点分配 Ps(h) 的功率，为所述协 作节点分配 PR(h) 的功率，将该帧数据的通信时间中比例为 δ(h) 的时间分配给协作节 点，以便所述协作节点接收所述源节点的信息。
具体的，所述功率分配值计算模块包括 ：
功率和时隙分配值计算单元，用于分别计算 N 个采样点对应的遍历容量最大时对应的协作节点接收阶段的瞬时时隙分配比例 δ(i)，源节点随信道状态变化的瞬时功率 PS(i) 和协作节点随信道状态变化的瞬时功率 PR(i) ；
拉格朗日因子更新单元，用于更新拉格朗日因子
其中，λt 为拉格朗日因子，初值 λ0 ＝ 0，Δλ 为第二迭代步长，ε2 为第二迭 代门限 ；P0 ＝ PS(h)+PR(h) ；
第一收敛判断单元，用于判断拉格朗日因子是否收敛 ；如果收敛，则计算对应 的遍历容量 CDF ；否则，返回所述功率和时隙分配值计算单元 ；
线性加权系数更新单元，用于更新线性加权系数
其中，θl 为线性加权系数，初值 θ0 ＝ 0，Δθ 为第一迭代步长，ε1 为第一迭 代门限 ；
第二收敛判断单元，用于判断线性加权系数是否收敛 ；如果收敛，则计算遍
历容量最大化时对应的协作节点接收阶段的瞬时时隙分配比例 随信道状态变化的瞬时功率源节点和协作节点随信道状态变化的瞬时功率否则，将拉格朗日因子 λt 重置为初值 λ0 ＝ 0，返回所述功率和时隙 分配值计算单元。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明通过在每一帧数据的通信 时间内，对信道中的 N 个采样点进行采样，得到每个采样点对应的各个信道的增益值， 根据对应的增益值，计算遍历容量最大化时对应的协作节点接收阶段的瞬时时隙分配比 例 δ(h)，源节点随信道状态变化的瞬时功率 Ps(h) 和协作节点随信道状态变化的瞬时功 率 PR(h)，并根据计算结果进行功率与时隙分配 ；能够在每一帧数据的通信时间内，对源 节点与协作节点的功率进行动态分配，使三节点协作通信的解码转发过程的通信容量趋 近于理论上的最大值。附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或 现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还 可以根据提供的附图获得其他的附图。
图 1 为本发明实施例所述三节点协作通信中解码转发的功率分配方法流程图 ；
图 2 为本发明实施例所述三节点协作通信中解码转发的功率分配系统结构图。 具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施 例。 基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得 的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种三节点协作通信中解码转发的功率分配方法。 其中， 三个节点对应的实例可以是 ：源节点对应基站，协作节点对应空闲用户或其他基站，目 的节点对应目的用户。
参见图 1，为本发明实施例所述三节点协作通信中解码转发的功率分配方法流程 图。 如图 1 所示，该方法包括以下步骤 ：
S101 ：在每一帧数据的通信时间内，采样信道中的 N 个采样点，得到每个采样 点对应的源节点与目的节点之间的信道的增益值 γ0、源节点与协作节点之间的信道的增 益值 γ1，协作节点与目的节点之间的信道的增益值 γ2 ；
其中，一帧数据的通信时间，一般为十几毫秒。 在这段时间内，信道状态相对 恒定。 因此，在每一帧数据的通信时间内，采样信道中的 N 个采样点对应的增益值，得 到的是符合实际条件的源节点与目的节点之间的信道的增益值 γ0、源节点与协作节点之 间的信道的增益值 γ1，协作节点与目的节点之间的信道的增益值 γ2。 换句话说，上述 三个增益值 γ0、γ1 和 γ2，在每一帧数据的通信时间内，是动态变化的。 本发明实施例 针对动态变化的各信道状态，进行三节点协作通信中解码转发的功率分配。
S102 ：根据 N 个采样点对应的各个信道增益值 γ0、γ1 和 γ2，计算遍历容量最 大化时对应的协作节点接收阶段的瞬时时隙分配比例 δ(h)，源节点随信道状态变化的瞬 时功率 Ps(h) 和协作节点随信道状态变化的瞬时功率 PR(h) ；
其中，遍历容量是网络实际运行的数据速率在理论上的一个上限。 遍历容量和 信道状态以及发射功率有关，是对信道通信能力的一种表征，通常用 CDF 表示。 h 表示信 道的瞬时状态。
本步骤中计算出的 δ(h)， PS(h) 和 PR(h) 对应的解码转发过程的遍历容量最 大。 也就是说，如果为所述源节点分配 PS(h) 的功率，为所述协作节点分配 PR(h) 的功 率，将该帧数据的通信时间中比例为 δ(h) 的时间分 配给协作节点，以便所述协作节点 接收所述源节点的信息 ；则系统中解码转发过程的网络传输速率具有最大值。
S103 ：根据计算结果，为所述源节点分配 PS(h) 的功率，为所述协作节点分配 PR(h) 的功率，将该帧数据的通信时间中比例为 δ(h) 的时间分配给协作节点，以便所述 协作节点接收所述源节点的信息。
由于步骤 S102 中，计算出的 δ(h)，PS(h) 和 PR(h) 对应的解码转发过程的遍历 容量最大。 所以为所述源节点分配 PS(h) 的功率，为所述协作节点分配 PR(h) 的功率， 将该帧数据的通信时间中比例为 δ(h) 的时间分配给协作节点，以便所述协作节点接收 所述源节点的信息之后，对应系统的解码转发容量 ( 网络传输速率 ) 的上限值最大。
可以看出，本发明实施例通过在每一帧数据的通信时间内，对信道中的 N 个采 样点进行采样，得到每个采样点对应的各个信道的增益值，根据对应的增益值，计算遍 历容量最大化时对应的协作节点接收阶段的瞬时时隙分配比例 δ(h)，源节点随信道状态 变化的瞬时功率 Ps(h) 和协作节点随信道状态变化的瞬时功率 PR(h)，并根据计算结果进 行功率与时隙分配 ；能够在每一帧数据的通信时间内，对源节点与协作节点的功率进行动态分配，使三节点协作通信的解码转发过程的通信容量趋近于理论上的最大值。
具体的，步骤 S102 中，根据 N 个采样点对应的各个信道增益值 γ0、γ1 和 γ2， 计算遍历容量最大化时对应的协作节点接收阶段的瞬时时隙分配比例 δ(h)，源节点随信 道状态变化的瞬时功率 PS(h) 和协作节点随信道状态变化的瞬时功率 PR(h)，可以包括以 下步骤 ：
A、分别计算 N 个采样点对应的遍历容量最大时对应的协作节点接收阶段的瞬时 时隙分配比例 δ(i)，源节点随信道状态变化的瞬时功率 PS(i) 和协作节点随信道状态变 化的瞬时功率 PR(i) ；
其中，
源节点随信道状态变化的瞬时功率 PS(i) 的计算方法可以是 ：
协作节点随信道状态变化的瞬时功率 PR(i) 的计算方法可以是 ：
协作节点接收阶段的瞬时时隙分配比例 δ(i) 的计算方法可以是 ：
将求出的 PS(i) 和 PR(i)( 均为 δ(i) 的函数 ) 代入如下方程，求解出 δ(i)，PS(i) 和 PR(i)。
B、更新拉格朗日因子其中，λt 为拉格朗日因子，初值 λ0 ＝ 0，Δλ 为第二迭代步长，ε2 为第二迭 代门限 ；P0 ＝ PS(h)+PR(h) ；
其 中， 初 始 的 拉 格 朗 日 因 子 λ 表 示 为 λ0， 第 一 次 更 新 后 的 λ 表 示 为 λ1， ...... 第 t 次更新的后的 λ 表示为 λt。
P0 表示所述源节点和所述协作节点的功率之和，为一个定值。迭代门限，其意义是相邻两次迭代之间的误差平方，表征了迭代过程的收敛 性，当相邻两次迭代之间的误差小于等于门限值时，可视为迭代已经收敛，否则视为不 收敛，则需要修正初始值或者迭代收敛门限。
C、判断拉格朗日因子是否收敛，即是否成立，如果收敛，则计算对应的遍历容量 CDF 后退出 ；否则，返回步骤 A ；
收敛时得到的对应于 θl 的最佳时隙和功率分配方案 ；
其中， || · || 是数学上表征两个向量差异性的一种符号，下面的角标 2 表示该范 数为 2- 范数 ( 即向量每个分量取绝对值的平方，然后求和，在对所求的和开平方 )，上面 的角标 2 表示向量 2- 范数的平方。
D、更新线性加权系数其中，θl 为线性加权系数，初值 θ0 ＝ 0，Δθ 为第一迭代步长，ε1 为第一迭 代门限 ；
其 中， 初 始 的 线 性 加 权 系 数 θ 表 示 为 θ0， 第 一 次 更 新 后 的 θ 表 示 为 θ1， ...... 第 1 次更新的后的 θ 表示为 θl。
E、判断线性加权系数是否收敛，即是否成立，如果收敛，则计算 源节遍历容量最大化时对应的协作节点接收阶段的瞬时时隙分配比例 点随信道状态变化的瞬时功率和协作节点随信道状态变化的瞬时功率否则，将拉格朗日因子 λt 重置为初值 λ0 ＝ 0，返回步骤 A。 实际应用中，所述第一迭代步长 Δθ 和 ε1，以及所述第二迭代步长 Δλ 和 ε2 的值可以为 ：
Δθ ＝ 0.01， ε1 ＝ 0.01 ；
Δλ ＝ 0.01， ε2 ＝ 0.01。
需要说明的是，所述第一迭代步长 Δθ 和 ε1，以及所述第二迭代步长 Δλ 和 ε2 的值取得越小，本发明所述的功率分配方法，对应的系统的遍历容量就越趋近于理论 上的最大值。 当然，所述第一迭代步长 Δθ 和 ε1，以及所述第二迭代步长 Δλ 和 ε2
的值取得越小，在实际计算时消耗的时间与资源也越多。 Δθ ＝ 0.01，ε1 ＝ 0.01 ；Δλ ＝ 0.01，ε2 ＝ 0.01，是比较符合实际应用的取值方式之一。 本发明中，对所述第一迭代 步长 Δθ 和 ε1，以及所述第二迭代步长 Δλ 和 ε2 的取值，并没有做出严格限定。
实际应用中，所述采样点的个数 N 的取值，具体可以为 ：N ＝ 512。
同样，所述采样点的个数 N 的取值越大，本发明所述的功率分配方法，对应的 系统的遍历容量就越趋近于理论上的最大值。 综合考虑实际计算时消耗的时间与资源， 通常选取 N ＝ 512。 本发明中，对 N 的取值也不应做出严格限定。
与本发明所述方法相对应，本发明实施例还公开了一种三节点协作通信中解码 转发的功率分配系统。
参见图 2，为本发明实施例所述三节点协作通信中解码转发的功率分配系统结构图。 如图 2 所示，该系统包括 ：
增益值采样模块 201，用于在每一帧数据的通信时间内，采样信道中的 N 个采样 点，得到每个采样点对应的源节点与目的节点之间的信道的增益值 γ0、源节点与协作节 点之间的信道的增益值 γ1，协作节点与目的节点之间的信道的增益值 γ2 ；
功率分配值计算模块 202，用于根据 N 个采样点对应的各个信道增益值 γ0、γ1 和 γ2，计算遍历容量最大化时对应的协作节点接收阶段的瞬时时隙分配比例 δ(h)，源 节点随信道状态变化的瞬时功率 Ps(h) 和协作节点随信道状态变化的瞬时功率 PR(h) ；
功率分配模块 203，用于根据计算结果，为所述源节点分配 Ps(h) 的功率，为所 述协作节点分配 PR(h) 的功率，将该帧数据的通信时间中比例为 δ(h) 的时间分配给协作 节点，以便所述协作节点接收所述源节点的信息。
具体的，所述功率分配值计算模块 202 可以包括 ：
功率和时隙分配值计算单元，用于分别计算 N 个采样点对应的遍历容量最大时 对应的协作节点接收阶段的瞬时时隙分配比例 δ(i)，源节点随信道状态变化的瞬时功率 PS(i) 和协作节点随信道状态变化的瞬时功率 PR(i) ；
拉格朗日因子更新单元，用于更新拉格朗日因子
其中，λt 为拉格朗日因子，初值 λ0 ＝ 0，Δλ 为第二迭代步长，ε2 为第二迭 代门限 ；P0 ＝ PS(h)+PR(h) ；
第一收敛判断单元，用于判断拉格朗日因子是否收敛 ；如果收敛，则计算对应 的遍历容量 CDF ；否则，返回所述功率和时隙分配值计算单元 ；
线性加权系数更新单元，用于更新线性加权系数
其中，θl 为线性加权系数，初值 θ0 ＝ 0，Δθ 为第一迭代步长，ε1 为第一迭 代门限 ；
第二收敛判断单元，用于判断线性加权系数是否收敛 ；如果收敛，则计算遍
历容量最大化时对应的协作节点接收阶段的瞬时时隙分配比例 随信道状态变化的瞬时功率源节点和协作节点随信道状态变化的瞬时功率否则，将拉格朗日因子 λt 重置为初值 λ0 ＝ 0，返回所述功率和时隙 分配值计算单元。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其 他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。 对于实施例公开的 系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方 法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发 明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。 因 此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和 新颖特点相一致的最宽的范围。