增量AF-OFDM协作网络多维度资源优化算法制造技术

本发明专利技术属于协作传输技术领域，公开了增量AF‑OFDM协作网络多维度资源优化算法，包括：获取所有时隙内各子载波上的信道状态信息；根据多维度资源优化算法，建立以网络寿命m为目标的优化模型，计算所有时隙内各子载波上的最优功率分配以及确定传输过程中的优化变量，包括增量策略，子载波配对，中继选择；有用数据传输过程中，第一时隙，源以计算的功率在各个子载波上广播数据，中继与目的节点接收，根据增量策略，确定第二时隙的传输策略，即选择的中继以计算的功率在配对的子载波上转发信息到目的节点，或源以计算的功率在配对的子载波上给目的节点发送新数据。本发明专利技术提高了频谱利用率，有效利用了有限的能量，频谱及设备资源。

【技术实现步骤摘要】
增量AF-OFDM协作网络多维度资源优化算法
本专利技术属于协作传输
，尤其涉及增量AF-OFDM协作网络的多维度资源优化分配的算法。
技术介绍
目前，在能量受限的中继协作网络中，协作传输模式下的资源分配方案已经考虑了多载波上的功率分配，或联合考虑了功率分配与中继选择策略，或联合考虑了功率分配与子载波配对，或联合考虑了功率分配与中继选择策略，子载波配对，以实现系统能量效率或者系统性能最大化，其中的传输技术方案一般采用放大转发AF、译码转发DF或混合放大译码转发协议，针对建立的优化模型多为一般的凸优化问题，采用传统的求解凸优化问题的方法(优化工具包，KKT条件)即可，少量的技术方案中建立的模型也有非凸的优化问题，采用的拉格朗日对偶问题求解。但现有的技术方案存在一些问题：仅考虑功率分配，中继选择，子载波配对中一个或几个优化变量不能最大限度的实现优化目标；现有的技术方案是在能量受限的条件下考虑的，实现系统能量效率或者系统性能最大化是必要的，但延长网络寿命也很关键；采用传统的转发协议，由于中继的半双工特性，频谱效率会减半，尽管系统性能有所提升，但频谱效率下降了；由于考虑的优化变量较少，因此建立数学优化模型简单，尽管少量的技术方案中采用了拉格朗日对偶问题求解非凸的优化问题，但未对原问题转化为对偶问题求解的条件即对偶间隙为零理论进行具体的深入的验证。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种增量AF-OFDM协作网络多维度资源优化算法。本专利技术提出的方案考虑多个维度优化变量增量策略，中继选择，子载波配对以及功率分配，以延长网络寿命为优化目标，并且考虑增量AF-OFDM转发策略可以有效地利用第二时隙传输新的信息，从而提高频率效率。对于求解建立的非凸优化问题，仿真验证了对偶间隙为零的理论。所述增量AF-OFDM协作网络多维度资源优化算法包括以下步骤：步骤一，获取所有时隙内各子载波上的信道状态信息，源节点，第l个中继节点，目的节点分别用S,Rl,D表示，设链路S→Rl，Rl→D，，and准静态信道参数分别为hs,l,i，hl,d,j，hs,d,i，和hs,d,j；步骤二，根据多维度资源优化算法，建立以网络寿命m为目标的优化模型，计算所有时隙内每个子载波上的最优功率分配以及确定传输过程中的优化变量包含增量策略子载波配对(i,j)，中继选择所述多维度资源优化算法引入增量策略二进制变量分别表示本次传输两个时隙采用中继转发或者直接传输；i,j＝1,2,…N表示一个完整的传输过程两个时隙内分别在第i,j上完成；另一个二进制变量表示选择第l个中继转发信息；两个时隙间的子载波一一配对，每个子载波只能选择不多于1个中继节点来传输信息，即设置的变量应满足以下条件：步骤三，信息数据传输开始，第一时隙，源节点以计算的发送功率在各个子载波上广播数据，中继与目的节点接收，根据增量策略，确定第二时隙的传输策略，即选择的中继节点以功率在配对的子载波j上转发信息到目的节点，或源节点以功率在配对的子载波j上给目的节点发送新数据，实现一次完整的信息传输过程。进一步，所述多维度资源优化算法为综合考虑增量策略，中继选择，子载波配对以及功率分配多个优化变量，进行联合优化，使网络寿命最大化。进一步，所述多维度资源优化模型为非凸的优化问题，采用拉格朗日对偶问题求解；首先将原问题转化为对偶问题求解最优的功率分配：其中ΓA(t)＝τl,n(t)+γi(t)，[x]+＝max(0,x),μt,υl,κ为拉格朗日乘子；分别为两个时隙源和中继在直接传输和转发的发送功率；αl,i＝|hs,l,i|2/σ2,βl,j＝|hl,d,j|2/σ2,γi＝|hs,d,i|2/σ2,andγj＝|hs,d,j|2/σ2分别为S→Rl，Rl→D，，and链路信噪比。进一步，计算优化变量时对偶间隙为零。进一步，所述多维度资源优化模型建立的优化目标函数为一个整数m，表示在有限能量下约束下实现完整信息传输过程的次数，整个优化过程采用外层和内层两层循环嵌套的方法。进一步，所述外层循环采用二分法找到最优的m值；内层循环使用对偶分解和次梯度算法得到最优的功率分配以及其他的资源优化配置，最终确定优化变量维度包括增量策略中继选择子载波配对(i,j)以及功率分配本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述增量AF-OFDM协作网络多维度资源优化算法的中继协作传输系统。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述增量AF-OFDM协作网络多维度资源优化算法的移动终端。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述增量AF-OFDM协作网络多维度资源优化算法的中继传输器。本专利技术的优点及积极效果为：在未增加系统设备成本的基础上，通过传输策略的设计，考虑多个维度增量策略，中继选择，子载波配对以及功率分配的优化，延长网络的生存时间，实现的网络寿命是考虑传统AF转发协议，中继选择，子载波配对以及功率分配的优化方案的网络寿命的148.6％；考虑增量策略，第二时隙在直接传输模式下，源节点发送新的数据，频谱利用率提升了1倍；对一般凸优化问题可以采用KKT条件求解，但该问题是复杂的非凸优化问题，采用拉格朗日对偶问题求解，具体深入地验证了当强对偶理论(对偶间隙为零)成立，原问题求解可以转化为对偶问题，为相似的数学模型求解提供了依据。附图说明图1是本专利技术实施例提供的增量AF-OFDM协作网络多维度资源优化算法流程图。图2是本专利技术实施例提供的实现基于增量AF-OFDM转发方案优化算法的具体流程图。图3是本专利技术实施例提供的基于增量AF-OFDM转发的协作传输系统图。图4是本专利技术实施例提供的基于增量AF-OFDM转发方案的多中继协作数学模型图。图5是本专利技术实施例提供的对偶间隙为零的验证仿真图。图6是本专利技术实施例提供的增量AF-OFDM协作网络多维度资源优化算法的网络寿命与其他算法的对比图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。如图1所示，本专利技术实施例提供的增量AF-OFDM协作网络多维度资源优化算法包括以下步骤：S101：引入增量策略二进制变量，二进制变量用来指示第二个时隙传输方式，第一时隙为直接传输方式时，第二个时隙将发送一个新的信息给目的节点；S102：多载波协作传输系统找到最佳匹配的子载波对儿，实现两跳的信息传输，实现能耗较低的信息传输过程；S103：在每个传输时隙的每个子载波上分配最佳的功率，系统能量一定的情况下，满足用户速率需求，实现网络寿命最大化。下面结合附图对本专利技术的应用原理作进一步的描述。如图2所示，本专利技术实施例的基于增量放大转发-正交频分复用(AF-OFDM)转发方案的以实现网络寿命最大化的多维度资源优化模型及其求解过程包括以下步骤：步骤一，获取所有时隙内各子载波上的信道状态信息，源节点，第l个中继节点，目的节点分别用S,Rl,D表示，设链路S→Rl，Rl→D，，and准静态信道参数分别为hs,l,i，hl,d,j，hs,d,i，和hs,d,j；步骤二，根据多维度资源优化算法，建立以网络寿命m为目标的优化模型，计算所有时隙内每个子载波上的最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增量AF‑OFDM协作网络多维度资源优化算法，其特征在于，所述增量AF‑OFDM协作网络多维度资源优化算法包括以下步骤：步骤一，获取所有时隙内各子载波上的信道状态信息，源节点，第l个中继节点，目的节点分别用S,R

【技术特征摘要】
1.一种增量AF-OFDM协作网络多维度资源优化算法，其特征在于，所述增量AF-OFDM协作网络多维度资源优化算法包括以下步骤：步骤一，获取所有时隙内各子载波上的信道状态信息，源节点，第l个中继节点，目的节点分别用S,Rl,D表示，设链路S→Rl,Rl→D,,and准静态信道参数分别为hs,l,i，hl,d,j，hs,d,i，和hs,d,j；步骤二，根据多维度资源优化算法，建立以网络寿命m为目标的优化模型，计算所有时隙内每个子载波上的最优功率分配以及确定传输过程中的优化变量包含增量策略子载波配对(i,j)，中继选择所述多维度资源优化算法引入增量策略二进制变量分别表示本次传输两个时隙采用中继转发或者直接传输；i,j＝1,2,…N表示一个完整的传输过程两个时隙内分别在第i,j上完成；另一个二进制变量表示选择第l个中继转发信息；两个时隙间的子载波一一配对，每个子载波只能选择不多于1个中继节点来传输信息，即设置的变量应满足以下条件：步骤三，信息数据传输开始，第一时隙，源节点以计算的发送功率在各个子载波上广播数据，中继与目的节点接收，根据增量策略，确定第二时隙的传输策略，即选择的中继节点以功率在配对的子载波j上转发信息到目的节点，或源节点以功率在配对的子载波j上给目的节点发送新数据，实现一次完整的信息传输过程。2.如权利要求1所述的增量AF-OFDM协作网络多维度资源优化算法，其特征在于，所述多维度资源优化算法为综合考虑增量策略，中继选择，子载波配对以及功率分配多个优化变量，进行联合优化，使网络寿命最大化。3.如权利要求1所述的增量AF-OFDM协作网络多维度资源优化算法，其特征在于，所述多维度资源优化模型为非凸的优化问题，采用拉格朗日对偶问题求解；首先将原问题转化为对偶问题求解最优的功率分配：

【专利技术属性】
技术研发人员：张阳，韩芮雨，庞立华，栾英姿，张丹，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61