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一种双向中继网络下的能量优化方法技术

技术编号:13589204 阅读:71 留言:0更新日期:2016-08-25 15:52
本发明专利技术一种双向中继网络下的能量优化方法,将能量消耗转化为分段规划的求和问题,当问题为凸时,采用传统的凸优化的方法进行优化,当凸条件不满足时,先给定传输功率,得到最优的信噪比阈值;然后基于最优的信噪比阈值,采用迭代算法寻找系统的最优功耗,在满足各个设备通信要求的前提下,使得系统的总能耗最小化,相比传统的最大功率传输策略,通过本发明专利技术的能量优化方法会减少65%的能耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种双向中继网络下的能量优化方法
技术介绍
绿色通信是指节能减排、减少环境污染和资源浪费的新一代通信理念,在现在的IT工业界显得越来越重要。无线通信技术的快速发展逐渐可以满足人们对高容量、高速率通信服务的需求,但是在很多情况下,这些服务都是以高能耗为代价换来的。这也就必然导致移动终端设备电池寿命的变短,用户体验差,和绿色通信理念相悖。在无线通信传输方案中,常见的最大功率传输是指每个用户都以相同的最大功率传输数据。此方案可以满足各个用户完成数据传输,但是会造成很大的能量浪费。在双向中继网络中,如果采用最大功率传输,各个设备可以完成数据传输,但也必然会造成较大的能量损耗。在终端设备的能量损耗中,发送能量是重要的一部分。考虑香农定理,随着传输速率的线性增加,发送功率是呈指数增长。对于一个给定的速率需求,随着传输速率的增加,需要的传输时间会变小,但是传输的能量损耗仍然会增加,所以为了减小能量损耗,需要减小传输速率。但是,随着传输速率的减小,需要的传输时间会变长,电路的能量损耗会增加。因此,在这两者之间存在着一个有益的平衡,这个平衡可以保证在各个设备在成功通信前提下,使系统的总能量损耗最小化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种双向中继网络下的能量优化方法,在传输速率和系统的能量损耗之间寻求一个有益的平衡,该平衡可以保证在各个设备成功通信的前提下,使系统的总能量损耗最小化。本专利技术一种双向中继网络下的能量优化方法,包括如下步骤:步骤1、将系统的总能量损耗表示为分段求和问题,则系统优化问题可以表示为:受限于并且变量sk>0,tk>0,1≤k≤F;其中,移动终端用户表示为N={ni,1≤i≤|N|本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双向中继网络下的能量优化方法,其特征在于包括如下步骤:步骤1、将系统的总能量损耗表示为分段求和问题,则系统优化问题可以表示为:受限于并且变量sk>0,tk>0,1≤k≤F;其中,移动终端用户表示为N={ni,1≤i≤|N|},F为系统通信链路数,F=2|N|+2,θ为功率放大器输出功率和消耗功率的比值;sk=Ptr(k,R)1≤k≤|N|Ptr(R,k-|N|)|N|+1≤k≤2|N|Ptr(B,R)k=2|N|+1Ptr(R,B)k=2|N|+2;]]>Ptr(v1,v2)表示从到成功传输数据的传输功率,nB为基站、nR为中继节点;tk=γ0(k,R)1≤k≤|N|γ0(R,k-|N|)|N|+1≤k≤2|N|γ0(B,R)k=2|N|+1γ0(R,B)k=2|N|+2]]>γ0(v1,v2)为从到成功传输数据的SNR阈值;Dk=Pctk+PcrR-Pidk-PidR1≤k≤|N|PctR+Pcrk-|N|-PidR-Pidk-|N||N|+1≤k≤2|N|PctB+PcrR-PidB-PidRk=2|N|+1PctR+PcrB-PidR-PidBk=2|N|+2]]>Pct,Pcr,Pid分别表示除了功率放大器外的传输方的电路功率、接收方的电路功率和空闲功率;Mk=1E[gk,R]1≤k≤|N|1E[gR,k-|N|]|N|+1≤k≤2|N|1E[gB,R]k=2|N|+11E[gR,B]k=2|N|+2]]>表示从到的信道增益;E[g]表示信道增益的数学期望;Lk=rku1≤k≤|N|rk-|N|d|N|+1≤k≤2|N|rBuk=2|N|+1rBdk=2|N|+2]]>riu,rid表示移动终端用户ni的上行和下行速率需求;上述公式中e为自然常数、W为信道带宽、N0为噪声功率谱密度;当系统优化问题满足凸条件时,必须满足:其中表示最大传输功率;Amin为满足如下式子的A的最小值:-2tk1+tk+2(A+1)(1+tk)2log(1+tk)+(A+1)tk2(1+tk)2≥0,∀tk∈[γ0min,γ0max]]]>其中,表示最小的SNR阈值,表示最大的SNR阈值;此时采用传统的凸优化方法进行能量优化;步骤2、当系统优化问题不满足凸条件时(1)求出给定传输功率sk时的最优信噪比阈值tkopt(sk)=γ0mintk0<γ0mintk0γ0min≤tk0≤γ0maxγ0maxtk0>γ0max]]>其中满足那么系统优化问题可以转化为minΣ1≤k≤FLkW log(1+tkopt(sk))e-N0WMktkopt(sk)sk(skθ+Dk)]]>受限于并且变量sk>0,tk>0,1≤k≤F;定义(2)根据最优的信噪比阈值通过迭代算法进一步优化传输功率sk:首先把优化问题的限制放开到搜索得到每条单链路能耗Z(sk)最优化的sk,这样得到sk值是最优的,但是可能不满足所有链路总时间小于1的限制,接下来需要减少时间,这时需要寻找减少相同时间步长,能耗增加最少的链路,通过减少这种链路的时间来满足时间限制条件。...

【技术特征摘要】
1.一种双向中继网络下的能量优化方法,其特征在于包括如下步骤:步骤1、将系统的总能量损耗表示为分段求和问题,则系统...

【专利技术属性】
技术研发人员:林世俊石江宏
申请(专利权)人:厦门大学
类型:发明
国别省市:福建;35

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