本发明专利技术公开了一种保证系统速率的多载波PLC中继系统功率优化方法，包括以下步骤：首先设定系统所使用的子载波、系统总速率目标值并初始化系统功率分配值。然后利用凹凸优化思想将非凸的系统功率最小化问题近似为凸问题，并利用拉格朗日对偶方法迭代地求解近似的系统功率最小化问题得到最后的系统发射功率分配值；最后系统根据计算得到的发射功率值设定源端、中继的发射功率，实现多载波PLC系统的信息传输。本发明专利技术通过利用凹凸优化方法和拉格朗日对偶方法设计PLC中继系统的功率分配，从而在达到系统总速率要求的同时降低PLC中继系统的总功率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及电力线通信(PLCJower Line Communication)
，具体为基于 正交频分复用（0抑M，0;rthogonal Frequen巧Division Multiplexing)技术的多载波电力 线中继通信系统功率分配方案设计。
技术介绍
电力线通信是指W电力线作为传输媒介，在电力线通信网络的各个节点之间W及 在电力线通信网络与其他通信网络之间实现数据交换和信息传递。特别地，室内电力线通 信技术更是引起了众多学者的研究注意。众所周知，电力线缆的制造并非为了传输高频信 号，运对于基于电力线的宽带通信是非常不利的。但是另一方面，我们也知道基于电力线的 信号传输与无线通信有着相似的广播特性。然而经过文献检索，指出了电力线通信中继信道与无线中继系 统的不同之处。在无线系统中，源节点到目的节点，源节点到中继节点W及中继节点到目的 节点的路径都可视为相互独立的因此可W容易得到其空间分集增益，而在电力线通信系统 中，运=条路径却是高度紧密相联的。因此，为了让电力线通信系统更好地为人们服务，可 W将一些先进的中继辅助系统引入电力线通信系统中。[000引因此，针对PLC中继系统，本专利技术首先考虑源节点到目的节点、源节点到中继节点 W及中继节点到目的节点的发射功率都相等，然后基于凹凸优化方法和拉格朗日对偶方法 设计了一种功率分配方案，实现了在达到系统总速率要求的同时降低化C中继系统总功率 的目的。该方法的核屯、思想为：利用凹凸优化思想将非凸的系统功率最小化问题近似为凸 问题，并利用拉格朗日对偶方法迭代地求解近似的系统功率最小化问题得到最后的系统发 射功率分配值，该方法可W保证在迭代过程中系统功率单调递减，从而不仅实现了化C系统 的信息传输，还使得在达到系统总速率要求的同时降低化C中继系统总功率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种保证系统速率的多载波化C中 继系统功率优化方法，包括W下步骤：[000引步骤1:系统确定选择使用的子载波集合，总的子载波数为K;利用导频方法进行信 道估计得到各子载波上的信道系数巧|1^=1，2...1(，其中巧!|表示^￡{5，1?}到1^2￡{1?，0} 之间第k个子载波的信道系数，S表示源节点，R表示中继节点，D表示目的节点，设定总速率 设计目标值q; 步骤2:初始化迭代次数:n = 0,首先令巧]二巧二巧]=片"，k=l，2...K，pU]=P =. . .=pm且C({pW})=q，对其采用二分法求得初始功率分配(pW)*，k=i，2. . .K。令 (戶則。、=俾r=情r=(片叩k=I，2... K，并计算皆1>=纯巧"r ^钱节1+(帶r;， 其中皆1是第n次迭代的系统总传输功率值，巧W，巧1和巧3分别是系统的中继节点、源节点 第一阶段、源节点第二阶段第k个子载波的发射功率;C({pW})表示系统总速率函数；步骤3:在{(驾")^,(巧Sf i，馈]巧处，对系统总功率最小化问题中系统总速率 约束进行凸逼近，得到C({巧"，巧巧巧)，从而将原问题近似为如下凸问题：{R，D}之间第k个子载波的信道归一化增益巧是L2E{R，D}的第k个子载波 上的噪声功率；步骤4:利用对偶方法求解得至化述凸近似问题的最优解{(聲]f，俾]f，巧弓f .， 更新迭代次数：n = n +1，令(巧")("1 =(巧Hf，(戶則。1 =(贺f，(雙；T =(销；T k = 1， 2...K，并计算皆，'二却聲])树+俾])(")+(雙f):];步骤5 :判断I皆"-巧"-。| > Cl是否成立，其中e 1表示判定阔值，其值在0.00 1~ 0 . 0 0 0 0 0 1之间，如果成立则重复步骤3 - 5 ;否则输出问题最后的解 (巧呼=(舉 f，俾)'=俾，r，俾;f=(雙；T，k=i，2.. .K;)*，(巧)*}设定第一和第二阶段各 个子载波的发射功率，中继按照设定各个子载波的发射功率，从而实现化C系统收 发两端的信息传输。进一步地，所述的步骤4中的对偶方法，具体包括W下步骤： 步骤4.1:对近似后的系统速率约束引入拉格朗日乘子A得到部分拉格朗日函数： i： ({啤]，蜡，巧P )兰户S ^ (e ({巧"，蜡]，巧]})-《） 和对偶问题； …[IX d (/.) d(A)为对偶函数，定义为： ^义}兰牌'诚邱,:自巧"，蜡，巧]}，义） > 0,巧V > 0, * = 1，2 足其中，Ps表示系统发射总功率；[002引步骤4.2:根据二分法思想，初始化拉格朗乘子的下界Amin = O和上界Amax= A，八表 示使得d(A)次梯度为负数的最小实数;令拉格朗乘子步骤4.3:然后将求d(A)的问题分解为K个子问题，其中第k个子问题可W表示为：利用块坐标下降法(Block Coordinate Decent ,BCD)全局求解运些子问题得到K个子问题 的最优解{(驾呼碱，(巧P，(销r]，其中，，b山，C山，d山，e山，f山如步骤 3中定义。 步骤4.4:计算对偶函数的次梯度之(2H-部巧-1，增，巧})，若如)>〇,令入m… 二入，(6/ (.乂 .) < 0 ,入111331 二入； 步骤4.5:判断-是否成立，其中E2表示判定阔值，其值在0.001~ 0.000001之间。如果成立则更新拉格朗乘子，然后重复步骤 4 . 3~4 . 4 ;否则输出对偶问题最优解，从而得到上述凸近似问题的最优解 {俾T，(贺r，(帮巧。 进一步地，所述步骤4.3中的BCD方法，具体包括W下步骤： 4.3.1令迭代次数m = 0，初始化僻])('"1，俾];T .，俾]f)为任意正实数，将初始化 点代入步骤4.3中的目标函数％ (硬-]，巧fj，巧引得到初始目标函数值(灼)'"'j; 4.3.2首先固定货=(巧巧…，增=(哦f'，根据一阶最优性条件求解下述关于 巧W惭优化问题 mm扔（巧"，巧导，巧,V)[00对得到最优解(皆If'; 4.3.4其次固定带]=(碟])6%，/搜=(巧弓)""，根据一阶最优性条件求解下述关于 巧的优化问题，巧2]，蜡1) 也1含0 得到最优解(巧If"; 4.3.3接着固定巧'^=(皆，严，領]:=(巧叩"，根据一阶最优性条件求解下述关于 巧.則勺优化问题，/^]，巧]) 得到最优解(巧:5r，并将(巧"f'，(巧引WW，(巧引W代入步骤4.3中的目标函数 蒋(巧"，巧，巧])得到当前的目标函数值(巧r"i; 4 . 3 . 5 更新迭代次数 m = m + 1，令巧'-])('"'=(巧叩'，倘])('"'=(货f'， (巧r=(巧r，判断(約r)-(約)("一) >《3是否成立，其中表示判定阔值，其值在0.001 ~0.000001之间。若成立，重复步骤4.3.2-4.3.5;否则完成BCD求解方法，输出步骤4.3中问 题的最优解俾]f。')=(巧"f，俾f'')=俾f '，俾f气 本专利技术有益效果:本专利技术方法首先通过设定源节点到目的节点、源节点到中继节 点W及中继节点到目的节点的发射功率相等从而简化了设计复杂度，然后再基于凹凸优化 方法和拉格朗日对偶方法设计了 一种化C设本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种保证系统速率的多载波PLC中继系统功率优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：系统确定选择使用的子载波集合，总的子载波数为K；利用导频方法进行信道估计得到各子载波上的信道系数k＝1,2…K，其中表示L1∈{S,R}到L2∈{R,D}之间第k个子载波的信道系数，S表示源节点，R表示中继节点，D表示目的节点，设定总速率设计目标值q；步骤2：初始化迭代次数：n＝0，首先令k＝1,2…K，P[1]＝P[2]＝...＝P[K]且C({P[k]})＝q，对其采用二分法求得初始功率分配(P[k])*，k＝1,2…K。令(P~R[k])(n)=(P~S,1[k])(n)=(P~S,2[k])(n)=(P[k])*,]]>k＝1,2…K,并计算PΣ(n)=Σk=1K[(P~R[k])(n)+(P~S,1[k])(n)+(P~S,2[k])(n)],]]>其中是第n次迭代的系统总传输功率值，和分别是系统的中继节点、源节点第一阶段、源节点第二阶段第k个子载波的发射功率；C({P[k]})表示系统总速率函数；步骤3：在处，对系统总功率最小化问题中系统总速率约束进行凸逼近，得到从而将原问题近似为如下凸问题：min{PR[k],PS,2[k],PS,1[k]}Σk=1K(PR[k]+PS,2[k]+PS,1[k])]]>s.t.C~({PR[k],PS,2[k],PS,1[k]})≥q]]>PR[k]≥0,PS,2[k]≥0,PS,1[k]≥0,]]>k＝1,2,...,K其中，C~({PR[k]PS,2[k],PS,1[k]})=Δ12Σk=1klog2(a[k]PS,1[k]+b[k]PS,1[k]PR[k]+c[k]PS,2[k](1+PS,1[k]d[k])+e[k]PR[k]+f[k])]]>a[k]=γSD[k]-x02t02γSR[k],b[k]=2x0t0γSR[k]γRD[k],c[k]=2x0t0γSD[k],d[k]=γSR[k],e[k]=-x02t02γRD[k],f[k]=1-x02t02]]>x0=P~S,1[k]γSR[k]P~R[k]γRD[k]+P~S,2[k]γSD[k](1+P~S,1[k]γSR[k]),t0=1+P~S,1[k]γSR[k]+P~R[k]γRD[k],]]>节点L1∈{S,R}到L2∈{R,D}之间第k个子载波的信道归一化增益是L2∈{R,D}的第k个子载波上的噪声功率；步骤4：利用对偶方法求解得到上述凸近似问题的最优解更新迭代次数：n＝n+1，令(P~R[k])(n)=(P~R[k])(*),(P~S,1[k])(n)=(P~S,1[k])(*),(P~S,2[k])(n)=(P~S,2[k])(*)]]>k＝1,2…K，并计算PΣ(n)=Σk=1K&l...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨金泰，史清江，齐世强，潘博，苏广波，
申请(专利权)人：嘉兴国电通新能源科技有限公司，浙江理工大学，北京国电通网络技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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