中继系统中信号的发送方法、装置和系统

摘要

本发明实施例公开了中继系统中信号的发送方法、装置和系统，其中方法的实现包括：根据中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率和所述源端的发送功率，确定所述中继系统总信噪比最大化时各中继节点的发送功率；向所有中继节点发送各自中继节点的发送功率；或，向所述所有中继节点中部分中继节点发送所述部分中继节点中各自中继节点的发送功率，所述部分中继节点的发送功率大于零。通过获取中继系统总信噪比最大化时中继节点的发送功率，实现中继节点功率的优化配置，提升中继系统性能。

权利要求

1.一种中继系统中信号的发送方法，其特征在于，包括：

根据中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率和所述源端的发送功率，确定所述中继系统总信噪比最大化时各中继节点的发送功率； 向所有中继节点发送各自中继节点的发送功率；或，向所述所有中继节点中部分中继节点发送所述部分中继节点中各自中继节点的发送功率，所述部分中继节点的发送功率大于零；

其中，所述根据中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率和所述源端的发送功率，确定所述中继系统总信噪比最大化时各中继节点的发送功率包括： 根据中继系统总信噪比最大化满足的凸函数的二阶条件、中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率小于等于中继系统总功率与源端的发送功率的差、中继节点的发送功率大于等于零且小于等于该中继节点的最大发送功率满足的线性条件，采用凸优化的方法，求解 中的变量*

v 得到中继节点发送源端信号的功率，确定中继系统总信噪比最大化时各中继节点的发送功率； 其中，Es表示源端的发送功率，E表示中继系统的总发送功率； 是所有中继节点的发送功率之和；其中hs,i表示源端到第i个中继节点的信道增益， hi,d表示第i个中继节点到目的端的信道增益， Eimax表示第i个中继节点发送功率的上界；N0为噪声功率。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述各中继节点的发送功率由所述中继节点和所述源端之外的第三方设备确定；所述方法还包括： 所述第三方设备向源端发送所有中继节点的发送功率，所述源端向所述 所有中继节点中发送功率大于零的中继节点发送信号。

3.一种中继系统中信号的发送方法，其特征在于，包括：

中继节点获取源端的发送功率；

所述中继节点根据中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率和所述源端的发送功率，确定中继系统总信噪比最大化时所述中继节点的发送功率； 所述中继节点根据所述中继节点的发送功率向目的端发送信号； 其中，所述中继节点根据中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率和所述源端的发送功率，确定中继系统总信噪比最大化时所述中继节点的发送功率包括： 根据中继系统总信噪比最大化满足的凸函数的二阶条件、中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率小于等于中继系统总功率与源端的发送功率的差、中继节点的发送功率大于等于零且小于等于该中继节点的最大发送功率满足的线性条件，采用凸优化的方法，求解 中的变量*

v 得到中继节点发送源端信号的功率，确定中继系统总信噪比最大化时各中继节点的发送功率； 其中，Es表示源端的发送功率，E表示中继系统的总发送功率； 是所有中继节点的发送功率之和；其中hs,i表示源端到第i个中继节点的信道增益， hi,d表示第i个中继节点到目的端的信道增益， Eimax表示第i个中继节点发送功率的上界；N0为噪声功率。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述根据所述中继节点的发送功率向目的端发送信号包括： 若所述中继节点的发送功率大于零，根据所述中继节点的发送功率向目 的端发送信号。

5.一种中继系统中信号的发送装置，其特征在于，包括：

功率确定单元，用于根据中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率和所述源端的发送功率，确定所述中继系统总信噪比最大化时各中继节点的发送功率； 功率发送单元，用于向所有中继节点发送各自中继节点的发送功率；或，向所述所有中继节点中部分中继节点发送所述部分中继节点中各自中继节点的发送功率，所述部分中继节点的发送功率大于零； 其中，所述功率确定单元具体用于，根据中继系统总信噪比最大化满足的凸函数的二阶条件、中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率小于等于中继系统总功率与源端的发送功率的差、中继节点的发送功率大于等于零且小于等于该中继节点的最大发送功率满足的线性条件，采用凸优化的方法，求解*中的变量v 得到中继节点发

送源端信号的功率，确定中继系统总信噪比最大化时各中继节点的发送功率； 其中，Es表示源端的发送功率，E表示中继系统的总发送功率； 是所有中继节点的发送功率之和；其中hs,i表示源端到第i个中继节点的信道增益， hi,d表示第i个中继节点到目的端的信道增益， Eimax表示第i个中继节点发送功率的上界；N0为噪声功率。

6.根据权利要求5所述装置，其特征在于，所述装置为除所述中继节点和源端外的第三方设备， 所述功率发送单元，还用于向源端发送所有中继节点的发送功率，所述源端向所述所有中继节点中发送功率大于零的中继节点发送信号。

7.一种中继设备，其特征在于，包括：

功率获取单元，用于获取源端的发送功率；

发送功率确定单元，用于根据中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率和源端的发送功率确定中继系统总信噪比最大化时所述中继节点的发送功率； 信号发送单元，用于根据所述中继节点的发送功率向目的端发送来信号； 其中，所述发送功率确定单元具体用于，根据中继系统总信噪比最大化满足的凸函数的二阶条件、中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率小于等于中继系统总功率与源端的发送功率的差、中继节点的发送功率大于等于零且小于等于该中继节点的最大发送功率满足的线性条件，采用凸优化的方法，求解*中的变量v 得到中继节点发

送源端信号的功率，确定中继系统总信噪比最大化时各中继节点的发送功率； 其中，Es表示源端的发送功率，E表示中继系统的总发送功率； 是所有中继节点的发送功率之和；其中hs,i表示源端到第i个中继节点的信道增益， hi,d表示第i个中继节点到目的端的信道增益， Eimax表示第i个中继节点发送功率的上界；N0为噪声功率。

8.根据权利要求7所述中继设备，其特征在于，

所述信号发送单元，还用于若所述中继节点的发送功率大于零，根据所述中继节点的发送功率向目的端发送信号。

9.一种中继系统中信号的发送系统，包括：源端、目的端和中继节点，其特征在于，所述中继节点为权利要求7的中继设备，或者，所述源端为权利要求5中的装置，或者，还包括：第三方设备，所述第三方设备为权利要求5 或6的装置。

说明书

中继系统中信号的发送方法、装置和系统

技术领域

[0001] 本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种中继系统中信号的发送方法、装置和系统。

背景技术

[0002] 在无线通信网络之中，通过中继节点协助进行发送不仅可以降低系统传输路径损耗，并且可以提高整个系统的吞吐量。这就使得整个系统的性能得到很大的提升。有关于中继节点协助传输的研究对于未来无线通信系统的研究是非常有意义的。目前有多种中继节点的传输策略，例如放大发送（Amplify-and-Forward，AF）和解码发送（Decode-and-forward，DF）（或称译码发送），部分DF等等。

[0003] 在系统功率受限的情况下，多个同时进行传输的中继节点之间的功率分配对系统性能的影响较大。以下就在两跳中继协作系统中，通过采用多个中继节点达到空间分集，来提高系统的性能的方案进行说明。该系统包括：一个源端s，一个目的端d，以及m个中继节点1，2，...，m。源端在中继节点的协助下和目的端进行通信，传输信道采用时分正交，每个节点分配(m+1)个时隙中的一个。同时，假定对于多用户调度在基站端可以得到完全的信道状态信息（Channel-State-Information，CSI）。

[0004] 在传输的过程中，所有的中继节点都参加协作，中继方式为AF，整个传输过程分为m+1个时隙：第一个时隙，源端向目的端和m个中继节点广播信号，m个中继节点接收到源端所发送的信号后，对接收到的信号进行归一化，在接下来的m个时隙中，m个中继节点依次将归一化后的信号再以相同的功率传输到目的端，目的端再对接收信号进行合并。其中，源端与目的端采用直接链路连接，与中继节点采用广播链路连接，中继节点与目的端采用多址接入链接。

[0005] 发明人在实现本发明的过程中发现：在整个传输过程中，所有中继节点使用相同的发送功率限制了系统性能。

发明内容

[0006] 本发明实施例提供一种中继系统中信号的发送方法、装置和系统。

[0007] 本发明所提供的中继系统中信号的发送方法实施例可以通过以下技术方案实现：

[0008] 根据中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率和所述源端的发送功率，确定所述中继系统总信噪比最大化时各中继节点的发送功率；

[0009] 向所有中继节点发送各自中继节点的发送功率；或，向所述所有中继节点中部分中继节点发送所述部分中继节点中各自中继节点的发送功率，所述部分中继节点的发送功率大于零；

[0010] 其中，所述根据中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率和所述源端的发送功率，确定所述中继系统总信噪比最大化时各中继节点的发送功率包括：

[0011] 根据中继系统总信噪比最大化满足的凸函数的二阶条件、中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率小于等于中继系统总功率与源端的发送功率的差、中继节点的发送功率大于等于零且小于等于该中继节点的最大发送功率满足的线性条件，采用凸优化的方法，求解 中的变量v*得到中继节点发送源端信号的功率，确定中继系统总信噪比最大化时各中继节点的发送功率；

[0012] 其中，Es表示源端的发送功率，E表示中继系统的总发送功率； 是所有中继节点的发送功率之和；其中hs,i表示源端到第i个中继节点的信道增益， hi,d表示第i个中继节点到目的端的信道增益， Eimax表示第i个中继节点发送功率的上界；N0为噪声功率。

[0013] 一种中继系统中信号的发送方法，包括：

[0014] 中继节点获取源端的发送功率；

[0015] 所述中继节点根据中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率和所述源端的发送功率，确定中继系统总信噪比最大化时所述中继节点的发送功率；

[0016] 所述中继节点根据所述中继节点的发送功率向目的端发送信号；

[0017] 其中，所述中继节点根据中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率和所述源端的发送功率，确定中继系统总信噪比最大化时所述中继节点的发送功率包括：

[0018] 根据中继系统总信噪比最大化满足的凸函数的二阶条件、中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率小于等于中继系统总功率与源端的发送功率的差、中继节点的发送功率大于等于零且小于等于该中继节点的最大发送功率满足的线性条件，采用凸优化的方法，求解 中的变量v*得到中继节点发送源端信号的功率，确定中继系统总信噪比最大化时各中继节点的发送功率；

[0019] 其中，Es表示源端的发送功率，E表示中继系统的总发送功率； 是所有中继节点的发送功率之和；其中hs,i表示源端到第i个中继节点的信道增益， hi,d表示第i个中继节点到目的端的信道增益， Eimax表示第i个中继节点发送功率的上界；N0为噪声功率。

[0020] 一种中继系统中信号的发送装置，包括：

[0021] 功率确定单元，用于根据中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率和所述源端的发送功率，确定所述中继系统总信噪比最大化时各中继节点的发送功率；

[0022] 功率发送单元，用于向所有中继节点发送各自中继节点的发送功率；或，向所述所有中继节点中部分中继节点发送所述部分中继节点中各自中继节点的发送功率，所述部分中继节点的发送功率大于零；

[0023] 其中，所述功率确定单元具体用于，根据中继系统总信噪比最大化满足的凸函数的二阶条件、中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率小于等于中继系统总功率与源端的发送功率的差、中继节点的发送功率大于等于零且小于等于该中继节点的最大发送功率满足的线性条件，采用凸优化的方法，求解*中的变量v 得到中继节点发
送源端信号的功率，确定中继系统总信噪比最大化时各中继节点的发送功率；

[0024] 其中，Es表示源端的发送功率，E表示中继系统的总发送功率； 是所有中继节点的发送功率之和；其中hs,i表示源端到第i个中继节点的信道增益， hi,d表示第i个中继节点到目的端的信道增益， Eimax表示第i个中继节点发送功率的上界；N0为噪声功率。

[0025] 一种中继设备，包括：

[0026] 功率获取单元，用于获取源端的发送功率；

[0027] 发送功率确定单元，用于根据中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率和源端的发送功率确定中继系统总信噪比最大化时所述中继节点的发送功率；

[0028] 信号发送单元，用于根据所述中继节点的发送功率向目的端发送来信号；

[0029] 其中，所述发送功率确定单元具体用于，根据中继系统总信噪比最大化满足的凸函数的二阶条件、中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率小于等于中继系统总功率与源端的发送功率的差、中继节点的发送功率大于等于零且小于等于该中继节点的最大发送功率满足的线性条件，采用凸优化的方法，求解中的变量v*得到中继节点发送源端信号的功率，确定中继系统总信噪比最大化时各中继节点的发送功率；

[0030] 其中，Es表示源端的发送功率，E表示中继系统的总发送功率； 是所有中继节点的发送功率之和；其中hs,i表示源端到第i个中继节点的信道增益， hi,d表示第i个中继节点到目的端的信道增益， Eimax表示第i个中继节点发送功率的上界；N0为噪声功率。

[0031] 一种中继系统中信号的发送系统，源端、目的端和中继节点，所述中继节点为本发明实施例中的中继设备，或者，所述源端为本发明实施例提供的的装置，或者，还包括：第三方设备，所述第三方设备本发明实施例提供的装置。

[0032] 上述技术方案具有如下有益效果：通过获取中继系统总信噪比最大化时中继节点的发送功率，实现中继节点功率的优化配置，提升中继系统性能。

附图说明

[0033] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0034] 图1为本发明实施例中继系统结构示意图；

[0035] 图2为本发明实施例方法流程示意图；

[0036] 图3为本发明实施例应用举例示意图；

[0037] 图4为本发明实施例应用举例示意图；

[0038] 图5为本发明实施例应用举例示意图；

[0039] 图6为本发明实施例应用举例示意图；

[0040] 图7为本发明实施例应用举例示意图；

[0041] 图8为本发明实施例效果对比示意图；

[0042] 图9为本发明实施例装置结构示意图；

[0043] 图10为本发明实施例中继节点结构示意图；

[0044] 图11为本发明实施例系统结构示意图；

[0045] 图12为本发明实施例系统结构示意图。

具体实施方式

[0046] 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作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。

[0047] 本发明实施例提出功率分配的方法以达到提升系统性能的目的；进一步地，本发明实施例在功率分配的基础上还提出了中继节点选择和功率分配的联合优化方法，进一步提升系统性能，上述联合优化方法应用网络效用最大化（Network Utility Maxiume，NUM）方法，对系统需求进行建模，然后使用有效的凸优化解法来得到最优的功率分配方案，其性能优于只进行中继节点选择，或者只考虑功率分配。

[0048] 具体地，在功率分配方法实现后，获取到了中继节点发送来自源端信号的功率，联合优化方法则可以是：中继节点发送来自源端信号的功率不为零，中继节点被选中参与发送；如果中继节点发送来自源端信号的功率为零，则中继节未被选中，不参与发送。从而在对中继节点间功率分配的同时，达到节点选择的目的。不仅实现了功率分配，也实现了中继节点的选择。

[0049] 上述功率分配方法应用NUM方法，对系统需求进行建模；将所建立的模型转化为凸优化模型；使用凸优化方法得到中继节点发送来自源端信号的功率；

[0050] 上述建模是NUM方法中的一部分，即以效用最大化进行建模。系统需求是指系统自身的各项指标以及要求，系统需求可以为约束条件和目标函数。约束条件包括系统功率限制，误码率限制等等；目标函数则是在特定的系统中，根据系统特性对需要进行优化配置的参量进行公式化为效用函数。可以以所需要优化的参量为变量，以系统容量作为效用，对系统容量进行最大化为目标的，这里面的变量和目标可以由用户根据自身要求或者是从系统的角度来考虑的，系统最优化的目标包括：要达到系统的容量最大化，满足部分特定用户的需求，或者是系统传输过程中延时最小化，满足每个用户的需求能力相同等等。

[0051] 凸优化方法是一种比线性最优化的覆盖范围更加广泛的最优化工具。采用凸优化方法进行求解具有很多优势。首先，凸优化问题所覆盖的范围非常广泛，能够对复杂的最优化问题进行求解；其次，求解凸优化问题的相关解法已经比较成熟，凸优化问题可以通过使用内点算法以及其他适用于凸优化的算法得到可靠并且有效的求解。凸优化已经在很多领域中得到了应用，如将凸优化应用于解决多输入多输出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）系统天线选择问题，预编码等问题。

[0052] 本发明实施例一种中继系统中信号的发送方法，如图2所示，同时可参阅图1，包括：

[0053] 201：根据中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率和所述源端的发送功率，确定该中继系统总信噪比最大化时各中继节点的发送功率；

[0054] 源端的发送功率指源端发送信号的总功率，例如：源端使用广播方式发送信号，则上述源端的发送功率为源端的广播功率；源端使用其他方式发送信号，则上述源端的发送功率可以为源端发往中继节点的所有信号的功率的和；对此本发明实施例不予限定。

[0055] 上述中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率则是指中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点发送信号使用功率的和。

[0056] 根据中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率和所述源端的发送功率，确定所述中继系统总信噪比最大化时各中继节点的发送功率包括：根据中继系统总信噪比最大化满足的凸函数的二阶条件、中继节点的总发送功率小于等于中继系统总功率与源端的发送功率的差、中继节点的发送功率大于等于零且小于等于该中继节点的最大发送功率满足的线性条件，采用凸优化的方法确定中继系统总信噪比最大化时各中继节点的发送功率。

[0057] 可以求解 中的变量*
v 得到中继节点发送源端信号的功率；其中Es表示源端的发送功率，E表示中继系统的总发送功率； 是所有中继节点的发送功率之和；其中hs,i表示源端到第i个中继节点的信道增益， hi,d表示第i个中继节点到目的端的信道增益， Eimax表示第i
个中继节点发送功率的上界；N0为噪声功率；源端为s，目的端为d，中继系统的m个中继节点1，2，...m。

[0058] 202：向所有中继节点发送各自中继节点的发送功率；或，向上述所有中继节点中部分中继节点发送上述部分中继节点中各自中继节点的发送功率，上述部分中继节点的发送功率大于零。

[0059] 上述201～202的执行主体为中继节点也可以是中继系统中的除中继节点和源端之外的一种第三方设备。若执行主体为该第三方设备，那么由该第三方设备确定上述各中继节点的发送功率；上述方法还包括：该第三方设备向源端发送所有中继节点的发送功率，上述源端向上述所有中继节点中发送功率大于零的中继节点发送信号。

[0060] 在本实施例中，中继节点根据接收到的发送功率发送信号。

[0061] 基于上述方法实施例的实现，本发明实施例还给出了以中继节点为执行主体的方法实现，包括：中继节点获取源端的发送功率；中继节点根据中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率和源端的发送功率确定中继系统总信噪比最大化时上述中继节点的发送功率；根据上述中继节点的发送功率向目的端发送来信号。

[0062] 进一步地，根据上述中继节点的发送功率向目的端发送来信号包括：若上述中继节点的发送功率大于零，根据上述中继节点的发送功率向目的端发送信号。

[0063] 上述实施例，通过获取中继系统总信噪比最大化时的信号在中继节点的功率分配，实现中继节点功率的优化配置，提升中继系统性能。进一步地，使功率分配中分配功率为零的中继节点不参与数据的发送，在实现功率配置的同时实现了中继节点的选择，实现了中继节点选择与功率分配的联合优化，进一步提高了系统性能。

[0064] 为了说明上述201的中给出的算式的可实现性，请参阅图1，本发明实施例提供的方法应用的系统可以包括一个源端s，一个目的端d，以及中继系统的m个中继节点1，2，...m。源端在中继节点的协助下和目的端进行通信，在此，本实施例中传输信道采用时分正交，由此每个节点分配（m+1）个时隙中的一个设定时隙为单位长度；同时，假定对于多用户调度在基站端可以得到完全的CSI。
2

[0065] 若所有信道为均值为0，方差为N0的瑞利衰落高斯白噪声信道。其中□hi，j□代表节点i到节点j的功率增益，s代表源节点，d代表目的节点，1，2，...，m代表中继节点，其中i和j属于1～m。在第一个时隙，源端向目的端和m个中继节点发送信号。目的端和m个中继节点接收到的信号分别为：

[0066]

[0067]

[0068] 其中，ys,d表示目的端所接收到的由源端直接发送的信息；ys,i表示中继节点i所接收到的由源端发送的信息；Es表示源端所发送信号的功率；S表示源端发送的信号；hs,i表示源端到第i个中继节点的信道增益，hs,d表示源端到目的端的信道增益；ns,d表示源端到目的端的加性高斯白噪声，ns,i表示源端到第i个中继节点的加性高斯白噪声。

[0069] 对于AF协议，当m个中继节点接收到源端所发送的信号后，对接收到的信号进行归一化，然后发送一个新的信号 到目的端，归一化系数@满足m个中继节点所接收到的信号归一化后得：

[0070]

[0071] （2）

[0072] 在接下来的m个时隙中，m个中继节点依次将归一化后的信号再以功率Ei传输到目的端，则目的端所接收到的由m个中继节点所发送的信号为：

[0073]

[0074]

[0075]

[0076] 其中，yi,d表示目的端所接收到的由第i个中继节点发送的信息； 表示第i个中继节点的发送功率；hi,d表示第i个中继节点到目的端的信道增益；ni,d表示第i个中继节点到目的端的加性高斯白噪声。

[0077] 对目的端所接收到的由m个中继节点所发送的信号进行归一化得

[0078]

[0079] 在目的节点端对包括由源端直接发送到信号，以及归一化后的m路信号在内的m+1路信号，采用最大比合并，总的SNR如下：

[0080]

[0081] 令 则可以得到：

[0082]

[0083] 为了使中继系统的中断概率最小，则应该使系统总的信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）最大。可以将系统的效用最大化作为系统总的SNR最大化。进行NUM建模，即在系统对于总功率的限制满足 的情况下，以最大化总的SNR为目标，在源端和中继节点之间进行功率分配，具体形式如下：

[0084]

[0085]

[0086] 0≤Es≤Esmax

[0087] 0≤Ei≤Eimax （6）

[0088] 上面这个最优化问题分为两个部分：第一部分是目标函数，即总的SNR，目标是使总的SNR最大化；第二部分是约束条件；其中约束条件包含三个：第一个条件是系统总功率约束，第二个条件是源端的功率限制，第三个条件是各中继节点的功率限制。最优化问题（6）中的最优化变量分别为Es，Ei，其中i=1，...，m。由（6）可知，目标函数中变量Es与变量Ei，对于i=1，...，m都存在耦合关系。以下给出一种求解这个问题的方法，由于：

[0089]

[0090] 这样最优化问题（6）可以表示（maximize-最大化；subject to-约束条件）：

[0091]

[0092]

[0093] 0≤Es≤Esmax

[0094] 0≤Ei≤Eimax

[0095] 其中 E表示中继系统的总发送功率， 表示信噪比的一部分， 是信噪比的一部分， 是所有中继节点的发送功率之和；Esmax
表示源端发送功率的上界；Eimax表示第i个中继节点发送功率的上界。

[0096] 如果固定Es，那么目标函数的第一部分将会变成一个常量，则上面的问题等价于（inimize-最小化；subject to-约束条件）：

[0097]

[0098]

[0099] 0≤Ei≤Eimax （7）

[0100] 转化后的问题（7）相当于源端以固定的功率发送信号，然后在中继节点之间进行最优的功率分配。最优值必满足 这样这个最优化问题中的变量就是Ei，对于i=1，...，m。因为习惯将变量用x表示，下面令x=[Ei,...,Em]T,,即xi=Ei，对于i=1，...，m，由凸优化理论可以验证目标函数满足凸函数的二阶条件，且（7）中的等式和不等式的限制条件均为仿射的，于是该问题为凸优化问题，同时约束条件均为线性条件，将这个问题表示为标准形式的凸优化问题为：

[0101]

[0102] subject to g(x)=1Tx-(E-Es)=0

[0103] hi(x)=-xi≤0 for i=1,2,...,m

[0104] pi(x)=xi-Eimax≤0 for i=1,2,...,m （8）

[0105] 求解问题（8）的最优解的过程，实际上就是在各个中继节点间进行功率分配的过程。另外，因为约束条件的限制使得xi可能满足xi=0，对于任意一个中继节点如果其发射功率为0，则其可以不参与发送，由此，在功率分配的同时，达到了进行中继节点选择的目的。

[0106] 这个凸优化问题可以通过拉格朗日对偶方法求得解析解，下面介绍解析解的求解过程。

[0107] 问题（8）所对应的拉格朗日函数如下：

[0108]

[0109] 由于最优化问题（8）的目标函数及限制条件均为可微的，并且限制条件满足斯莱特（Slater）条件，可以用库恩-塔克条件（Karush-Kuhn-Tucker condition，KKT）条件来获得最优解。该问题的KKT条件如下：

[0110] i=1,...,m

[0111] i=1,...,m

[0112] i=1,...,m

[0113] i=1,...,m

[0114] g(x*)=1Tx*-(E-Es)=0 (a)

[0115] i=1,...,m (b)

[0116] i=1,...,m (c)

[0117]

[0118] 即

[0119] 由（d）得， 代入（c）得

[0120]

[0121] 由 为了将问题简化，将约束条件 缩紧为 这样对于i=1，...，m，所以（9）可简化为：

[0122]

[0123]

[0124] 对上述问题（10）、（11）分段讨论可得：

[0125]*

[0126] 其中v 为中继节点发送来自源端信号的功率，以上形式可以简单地表示为：

[0127] 由各中继节点的总功率*
为 即 所得到的最优解v 满足：

[0128]

[0129] 其 中（12）的 左 边 是 关 于 v* 的 分 段 单 调 函 数，具 有 两 个 拐 点和 所以可得到（12）的唯一解。问题（12）的解也可以采用类似注水法的方法来求得，在注水的过程中各个容器都有各自的顶和底，对此本发明实施例不予限定。

[0130] 根据上述实施例提供的方法进行实际测试的测试结果以以下几个场景进行举例说明：

[0131] 场景1：系统包括一个源端s，一个目的端d，以及10个中继节点1，2，...m。源端在中继节点的协助下和目的端进行通信，在此，为方便起见传输信道通过时分正交。每个节点分配11个时隙中的一个，设定时隙为单位长度。同时，假定对于多用户调度在基站端可以得到CSI。假设所有信道为均值为0，方差为1的瑞利衰落的高斯白噪声信道。

[0132] 当Es/E=0.5时，求解最优化问题（7），则可以得到最优的功率分配，以及最优中继节点选择。在不同SNR情况下所选择的中继节点数分布如图3所示。其中横轴为：信噪比；纵轴为不同SNR情况下分配功率不为零的中继节点数。

[0133] 场景2：系统包括一个源端s，一个目的端d，以及10个中继节点1，2，...m。源端在中继节点的协助下和目的端进行通信，在此，为方便起见传输信道通过时分正交。每个节点分配11个时隙中的一个，设定时隙为单位长度。同时，假定对于多用户调度在基站端可以得到CSI。假设所有信道为均值为0，方差为1的瑞利衰落的高斯白噪声信道。

[0134] 当Es/E=0.3时，采用本方案，求解最优化问题（7），则可以得到最优的功率分配，以及最优中继节点选择。在不同SNR情况下所选择的中继节点数分布如图4所示，其中横轴为：信噪比；纵轴为不同SNR情况下分配功率不为零的中继节点数。

[0135] 场景3系统包括一个源端s，一个目的端d，以及10个中继节点1，2，...m。源端在中继节点的协助下和目的端进行通信，在此，为方便起见传输信道通过时分正交。每个节点分配11个时隙中的一个，设定时隙为单位长度。同时，假定对于多用户调度在基站端可以得到CSI。假设所有信道为均值为0，方差为1的瑞利衰落的高斯白噪声信道。

[0136] 当Es/E=0.1时，求解最优化问题（7），则可以得到最优的功率分配，以及最优中继节点选择。在不同SNR情况下所选择的中继节点数分布如图5所示，其中横轴为：信噪比；纵轴为不同SNR情况下分配功率不为零的中继节点数。

[0137] 场景4：系统包括一个源端s，一个目的端d，以及10个中继节点1，2，...m。源端在中继节点的协助下和目的端进行通信，在此，为方便起见传输信道通过时分正交。这样一来，每个节点分配11个时隙中的一个，设定时隙为单位长度。同时，假定对于多用户调度在基站端可以得到CSI。假设所有信道为均值为0，方差为1的瑞利衰落的高斯白噪声信道。

[0138] 当SNR固定在15dB，Es/E取不同值时，求解最优化问题（7），则可以得到最优的功率分配，以及最优中继节点选择。采用所得到的最优功率分配，以及最优中继节点选择进行传输时，系统的误比特率（Bit Error Rate，BER）性能如图6所示,其中横轴为：信噪比；纵轴为不同SNR情况下系统误比特率。

[0139] 场景5：系统包括一个源端s，一个目的端d，以及10个中继节点1，2，...m。源端在中继节点的协助下和目的端进行通信，在此，为方便起见传输信道通过时分正交。这样一来，每个节点分配11个时隙中的一个，设定时隙为单位长度。同时，假定对于多用户调度在基站端可以得到CSI。假设所有信道为均值为0，方差为1的瑞利衰落的高斯白噪声信道。

[0140] 当SNR和Es/E取不同值时，求解最优化问题（7），则可以得到最优的功率分配，以及最优中继节点选择。采用所得到的最优功率分配，以及最优中继节点选择进行传输时，系统的误比特率（BER）性能如图8所示，其中，竖直方向为BER，水平方向横轴为SNR纵轴为Es/E。

[0141] 上述实施例通过采用NUM方法，应用凸优化理论，对系统需求进行建模，实现了中继节点选择与功率分配的联合优化，可以得到功率分配和中继节点选择的最优结果，不但获得了空间分集增益，还对功率进行了最优化配置，使得系统性能得到提升。如图8所示，其中横轴为：信噪比；纵轴为不同SNR情况下系统误比特率，本实施例方案与两跳多中继节点等功率分配策略相比，性能得到3dB的提升。本发明通过对系统集中建模得到联合优化，可以适用于中继节点数目较大的系统。

[0142] 本发明实施例还提供了一种中继系统中信号的发送装置，如图9所示，包括：

[0143] 功率确定单元901，用于根据中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率和上述源端的发送功率，确定上述中继系统总信噪比最大化时各中继节点的发送功率；

[0144] 功率发送单元902，用于向所有中继节点发送各自中继节点的发送功率；或，向上述所有中继节点中部分中继节点发送上述部分中继节点中各自中继节点的发送功率，上述部分中继节点的发送功率大于零。

[0145] 进一步地，若上述装置可以为除上述中继节点和源端外的第三方设备。

[0146] 上述功率发送单元902，还可以用于向源端发送所有中继节点的发送功率，上述源端向上述所有中继节点中发送功率大于零的中继节点发送信号。

[0147] 本发明实施例还提供了一种中继设备，如图10所示，包括：

[0148] 功率获取单元1001，用于获取源端的发送功率；

[0149] 发送功率确定单元1002，用于根据中继系统中源端与目的端之间的所有中继节点的总发送功率和源端的发送功率确定中继系统总信噪比最大化时上述中继节点的发送功率；

[0150] 信号发送单元1003，用于根据上述中继节点的发送功率向目的端发送来信号。

[0151] 进一步地，上述信号发送单元1003，还可以用于若上述中继节点的发送功率大于零，根据上述中继节点的发送功率向目的端发送信号。

[0152] 本发明实施例还提供了一种中继系统中信号的发送系统，如图11所示，包括：源端1101、目的端1102和中继节点1103，其中上述中继节点1103为本发明实施例提供的中继设备，或者，上述源端1101为本发明实施例提供的中继系统中信号的发送装置，或者，如图12所示发送系统还包括：第三方设备1201，上述第三方设备为本发明实施例提供的中继系统中信号的发送装置或者本发明实施例提供的第三方设备。

[0153] 上述实施例，通过获取中继系统总信噪比最大化时的信号在中继节点的功率分配，实现中继节点功率的优化配置，提升中继系统性能。进一步地，使功率分配中分配功率为零的中继节点不参与数据的发送，在实现功率配置的同时实现了中继节点的选择，实现了中继节点选择与功率分配的联合优化，进一步提高了系统性能。

[0154] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，上述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

[0155] 以上对本发明实施例所提供的一种中继系统中信号的发送方法、装置和系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明提供的方案，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。