中继携能通信系统的传输速率优化方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术适用于通信技术领域，提供了一种中继携能通信系统的传输速率优化方法及装置。该方法包括：结合源端传输功率、中继传输功率和中继功率分割因子，将源端到接收端的传输速率优化模型建立为非凸优化模型；采用新变量表示所述非凸优化模型中的信噪比，并通过变量替换将所述非凸优化模型转换为D.C.优化模型；求解所述D.C.优化模型，根据求解结果以对所述传输速率进行优化。该方法不需要在整个功率分割因子域内进行搜索，能够降低计算的复杂度，使得运行时间显著缩短。

【技术实现步骤摘要】
中继携能通信系统的传输速率优化方法及装置
本专利技术属于通信
，尤其涉及一种中继携能通信系统的传输速率优化方法及装置。
技术介绍
目前，网络节点一般都是基于电池供能。随着通信网络的飞速发展，网络通信量及网络速率越来越高，对能量的消耗也越来越大。网络节点的储能不足已经成为制约网络性能发挥的瓶颈。为了解决供能不足的问题，各种新的技术被提出，例如太阳能供能、风供能、人体供能、无线电能传输技术等。无线电能传输技术有电磁感应、电磁耦合共振和基于射频的能量收集技术。其中，电磁感应和电磁耦合共振属于近场供电，而基于射频的能量收集技术属于远场供电。因此，基于射频的能量收集技术更适合为分布在不同位置的无线移动终端提供电能，因而获得了广泛的关注。无线携能通信技术属于基于射频的能量收集技术中的一种。它具有专有的能量发射源，具有能量收集性能的节点可以从无线射频中同时获取信息和收集能量。为了便于节点同时进行信息和能量的接收，提出时间切换(timeswitching)接收器和功率分割(powersplitting)接收器。基于这两种接收器结构，目前已经对中继使用解码-转发(decode-and-forward，DF)和放大-转发(amplify-and-forward，AF)策略时网络传输速率最大化问题进行了研究，提出了解决方法。但现有的解决方法需要在功率分割因子的整个范围内进行搜索，针对每个功率分割因子，都要求解一个凸优化模型，导致搜索范围较大，因此计算复杂度很高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种中继携能通信系统的传输速率优化方法及装置，以解决现有技术中需要在功率分割因子的整个范围内进行搜索，针对每个功率分割因子，都要求解一个凸优化模型，导致搜索范围较大、计算复杂度较高的问题。本专利技术实施例的第一方面，提供了一种中继携能通信系统的传输速率优化方法，包括：结合源端传输功率、中继传输功率和中继功率分割因子，将源端到接收端的传输速率优化模型建立为非凸优化模型；采用新变量表示所述非凸优化模型中的信噪比，并通过变量替换将所述非凸优化模型转换为D.C.优化模型；求解所述D.C.优化模型，根据求解结果以对所述传输速率进行优化。本专利技术实施例的第二方面，提供了一种中继携能通信系统的传输速率优化装置，包括：模型建立模块，用于结合源端传输功率、中继传送功率和中继功率分割因子，将源端到接收端的传输速率优化模型建立为非凸优化模型；变量替换模块，用于采用新变量表示所述非凸优化模型中的信噪比，并通过变量替换将所述非凸优化模型转换为D.C.优化模型；处理模块，用于求解所述D.C.优化模型，根据求解结果以对所述传输速率进行优化。本专利技术实施例相对于现有技术所具有的有益效果：本专利技术实施例，首先结合源端传输功率、中继传输功率和中继功率分割因子，将源端到接收端的传输速率优化模型建立为非凸优化模型，然后采用新变量表示所述非凸优化模型中的信噪比，并通过变量替换将所述非凸优化模型转换为D.C.优化模型，最后求解所述D.C.优化模型，根据求解结果以对所述传输速率进行优化，因此不需要在整个功率分割因子域内进行搜索，能够显著地降低算法的计算复杂度，从而极大地缩短算法的运行时间。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，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专利技术的一些实施例，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。图1是本专利技术实施例提供的中继携能通信系统的传输速率优化方法的流程图；图2是本专利技术实施例提供的多信道环境中基于功率分割的中继携能通信系统模型示意图；图3是本专利技术实施例算法的迭代收敛示意图；图4是本专利技术实施例提供的中继携能通信系统的传输速率优化装置的结构框图；图5是本专利技术实施例提供的变量替换模块的结构框图；图6是本专利技术实施例提供的处理模块的结构框图。具体实施方式以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本专利技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本专利技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本专利技术的描述。以下结合具体实施例对本专利技术的实现进行详细描述：实施例一图1示出了本专利技术实施例一提供的中继携能通信系统的传输速率优化方法的实现流程，详述如下：步骤S101，结合源端传输功率、中继传输功率和中继功率分割因子，将源端到接收端的传输速率优化模型建立为非凸优化模型。本实施例中，参见图2，在中继携能通信系统模型中，假设总的带宽被分成N个正交的子载波。源端能够在N个子载波上同时发送信号。中继节点具有能量收集和信息处理的功能。而中继节点本身无常用电能供给，需要先从源端接收的部分信号中收集能量，然后用收集到的能量转发从源端接收到的信息到接收端。中继使用对称的信息传输方式，即从源端到中继的信号传输时间和从中继到接收端的信号传输时间相等，均为T/2，其中T为完成一次从源端到接收端的传输所需的时间。源端在信道n上用ps,n的传输功率发送信号，中继节点从信道n接收到的信号为yn。中继节点具有功率分割的结构，将N个子载波上收集的信号分成两部分，对其中的部分进行信号处理，对其余的部分进行能量收集，且0<ρ<1。中继节点从N个子载波上收集到的总能量为其中，为能量转换效率，且hn为从源端到中继的信道n的信道系数，T/2为从源端到中继进行信号传输所需的时间。中继将使用收集到的能量进行从中继到接收端的数据的传输。由于中继到接收端的传输时间为T/2，因此中继总的可用传输功率为当中继使用解码-转发的策略传输时，中继从源端接收信号，在信道n上获得的信噪比为其中，表示在中继节点处由于天线的影响在信道n的基带上产生的均值为0的高斯白噪声的方差；表示在中继节点处由于从射频到基带转化过程中，在信道n上产生的均值为0的高斯白噪声的方差。然后，中继使用pr,n的传输功率在信道n上转发接收到的信号到接收端，接收端在信道n上获得的信噪比是其中，表示在接收端由于天线的影响在信道n的基带上产生的均值为0的高斯白噪声的方差；表示在接收端由于从射频到基带转化过程中，在信道n上产生的均值为0的高斯白噪声的方差。由于当中继使用解码-转发传输策略时，从源端到接收端的传输速率受限于中继和接收端的信噪比，因此基于解码-转发中继传输策略可获得的传输速率为：其中1/2是由于从源端到中继及从中继到接收端的传输时间各占用了总时间的1/2，也就是中继工作在半双工模式。当中继使用放大-转发的策略传输时，中继将把从源端接收到的信号yn进行放大再转发到接收端。接收端在信道n上获得的信噪比为因此基于放大-转发中继传输策略可获得的传输速率为由于在高信噪比区域，分母中的远大于1，因此可以被近似为为了便于表示并不失一般性，令和要实现从源端到接收端传输速率最大化，可以通过调节功率分割因子ρ，并结合源端传输功率ps,n和中继传输功率pr,n来实现。则实现从源端到接收端传输速率最大化这个问题可以描述为一个优化模型，即其中，ρ表示功率分割因子，ps,n和pr,n分别表示源端和中继在信道n上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中继携能通信系统的传输速率优化方法，其特征在于，包括：结合源端传输功率、中继传输功率和中继功率分割因子，将源端到接收端的传输速率优化模型建立为非凸优化模型；采用新变量表示所述非凸优化模型中的信噪比，并通过变量替换将所述非凸优化模型转换为D.C.优化模型；求解所述D.C.优化模型，根据求解结果以对所述传输速率进行优化。

【技术特征摘要】
1.一种中继携能通信系统的传输速率优化方法，其特征在于，包括：结合源端传输功率、中继传输功率和中继功率分割因子，将源端到接收端的传输速率优化模型建立为非凸优化模型；采用新变量表示所述非凸优化模型中的信噪比，并通过变量替换将所述非凸优化模型转换为D.C.优化模型；求解所述D.C.优化模型，根据求解结果以对所述传输速率进行优化。2.根据权利要求1所述的传输速率优化方法，其特征在于，所述结合源端传输功率、中继传输功率和中继功率分割因子，将源端到接收端的传输速率优化模型转换为非凸优化模型具体为：结合源端传输功率、中继传输功率和中继功率分割因子，将源端到接收端的传输速率优化模型描述为：其中，ρ表示功率分割因子，ps,n和pr,n分别表示源端和中继在信道n上的传输功率，表示放大-转发中继或解码-转发中继在信道n上获得的源端到接收端的信噪比，Ps,tot表示源端总的可用功率，表示中继的能量转换效率，hn为从源端到中继的信道n的信道系数。3.根据权利要求2所述的传输速率优化方法，其特征在于，所述采用新变量表示所述非凸优化模型中的信噪比，并通过变量替换将所述非凸优化模型转化为D.C.优化模型包括：通过采用新变量yn表示信道n上的信噪比将源端到接收端的传输速率优化模型表示为：定义新的变量和采用新定义的变量替代变量将源端到接收端的传输速率优化模型转换为D.C.优化模型：和其中，4.根据权利要求3所述的传输速率优化方法，其特征在于，所述求解所述D.C.优化模型包括：根据凸函数的性质，将所述D.C.优化模型在可行域内的任一点进行线性化，将所述D.C.优化模型转换为凸优化模型：和5.根据权利要求4所述的传输速率优化方法，其特征在于，所述求解所述D.C.优化模型还包括：令迭代次数k＝0，设定满足变量约束条件的初始值将代入所述凸优化优化模型中，并求解所述凸优化模型，得到最优解和目标函数值；令迭代次数k＝k+1，令将代入所述凸优化优化模型中，并求解所述凸优化模型，得到最优解和目标函数值；计算相邻两步求解得到的目标函数值差值的绝对值，若所述绝对值小于等于预设精度，则所述相邻两步中的后一步中得到的解是最终解；否则，执行所述令迭代次数k＝k+1，令将代入所述凸优化模型中，并求解所述凸优化模型的最优解和目标函数值的步骤。6.根据权利要求5所述的传输速率优化方法，其特征在于，所述设定满足变量约束条件的初始值具体为：设定源端传输功率初始值为ps,n(0)＝Ps,tot/N；或源端传输功率初始值ps,n(0)＝(1-a)Ps,tot/(N-1),其中，a为可调节参数，且0<a<1，n*表示从源端到中继的信道中质量最好的信道；设定功率分割参数初始值ρ(0)为(0,1)中的任意值；设定中继传输功率初始值为设定通过变量替换将{ρ(0),ps,n(0),pr,n(0),yn(0)}转化为7.一种中继携能...

【专利技术属性】
技术研发人员：申妍燕，黄晓霞，王书强，毛成华，龚世民，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44