一种具有速率限制的最大化和速率的功率分配方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种具有速率限制的最大化和速率的功率分配方法及装置。方法为：建立智能反射镜辅助双向解码转发中继网络的系统模型；构建关于功率分配因子的优化问题；运用一阶泰勒近似将非凸约束转化为凸约束，非凸问题转化为凸问题；通过CVX求解出功率分配因子及最优系统和速率。该装置包括：模型构建模块、优化问题建立模块、优化问题求解模块、功率分配结果模块，构建具有速率限制的关于功率分配因子及和速率的优化问题，运用一阶泰勒近似将非凸约束转化为凸约束，非凸问题转化为凸问题。本发明专利技术提高了智能反射镜辅助双向解码转发中继网络的系统和速率，实现了两用户和双向中继之间功率的合理分配，在成本、性能和覆盖范围之间取得了平衡。之间取得了平衡。之间取得了平衡。

【技术实现步骤摘要】
一种具有速率限制的最大化和速率的功率分配方法及装置


[0001]本专利技术涉及功率分配
，特别是一种具有速率限制的最大化和速率的功率分配方法及装置。

技术介绍

[0002]随着无线通信的快速发展，无线网络覆盖难、能耗高的问题也越来越突出，成为制约无线通信的重要原因，创建一个绿色、低功耗和低成本的通信环境已经成为下一代无线通信的重要研究领域之一。
[0003]智能反射镜是一种由大量低功耗、低成本的元件组成的器件，每个元件可以智能调控入射信号的幅度和相位，改变反射信号的传播方向，实现重构通信环境、增强信号传输和拓展信号覆盖范围的目标。因此智能反射镜现已成为一种有前途的新兴技术，获得越来越多学者的关注。
[0004]传统的中继虽然具有极强的处理信号能力，能够实现信号的放大转发、解码转发和压缩转发，以改善无线网络的覆盖和增强频谱、能效。但传统的中继是一种有源的高成本器件，需要较高的功耗处理信号，严重制约了无线通信行业的发展。
[0005]智能反射镜提供了一种解决高频通信覆盖受限问题的新范式，然而其在高频无线通信中的应用也面临着不少问题和挑战。目前高频智能反射镜受限于工艺、材料等因素，成本、功耗还不够理想。同时，在高频段较大带宽的情况下，智能反射表面的频响特性难以在整个工作带宽上保持完全一致，使得其有效工作带宽受到限制。多频段混合组网下对邻近频段会产生一定的影响、信道估计方法需要更新、动态调控能力尚且不足，对于无附加工作模块的智能反射表面而言，其功耗最低、最易部署，同时能力也最受限。同时，更大规模的智能反射表面也会显著增加部署难度，需要考虑更多工程上的因素，如结构强度、供电等。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种系统和速率高、成本低、覆盖范围广泛的具有速率限制的最大化和速率的功率分配方法及装置。
[0007]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种具有速率限制的最大化和速率的功率分配方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、建立智能反射镜辅助双向解码转发中继网络的系统模型；
[0009]步骤2、构建具有速率限制的关于功率分配因子以及和速率的优化问题；
[0010]步骤3、运用一阶泰勒近似将非凸约束转化为凸约束，非凸问题转化为凸问题；
[0011]步骤4、通过CVX求解出最优的用户1、用户2和双向解码转发中继的功率分配因子以及最优的系统和速率。
[0012]一种具有速率限制的最大化和速率的功率分配装置，包括：
[0013]模型构建模块，用于建立智能反射镜辅助双向解码转发中继网络的系统模型；
[0014]优化问题建立模块，用于构建具有速率限制的关于功率分配因子以及和速率的优
化问题；
[0015]优化问题求解模块，用于运用一阶泰勒近似将非凸约束转化为凸约束，非凸问题转化为凸问题；
[0016]功率分配结果模块，用于通过CVX求解出最优的用户1、用户2和双向解码转发中继的功率分配因子以及最优的系统和速率。
[0017]一种移动终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现具有速率限制的最大化和速率的功率分配方法。
[0018]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现所述具有速率限制的最大化和速率的功率分配方法中的步骤。
[0019]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)结合了智能反射镜和传统中继的优点，构造了一种智能反射镜辅助双向中继的网络，在成本、性能和覆盖范围之间取得良好的平衡；(2)构建的和速率优化问题中引入了两用户双向通信速率的约束，然后通过解决优化问题，实现了两用户和双向中继之间功率的合理分配。
附图说明
[0020]图1为本专利技术一种智能反射镜辅助双向解码转发中继无线网络的功率分配方法的流程示意图。
[0021]图2为本专利技术中智能反射镜辅助双向解码转发中继无线网络系统模型的结构示意图。
[0022]图3为本专利技术实施例中可实现的系统和速率与常数μ的关系曲线图。
[0023]图4为本专利技术实施例中可实现的系统和速率与总功率P的关系曲线图。
[0024]图5为本专利技术实施例中可实现的系统和速率与阴影变量标准差σ的关系曲线图。
具体实施方式
[0025]本专利技术一种具有速率限制的最大化和速率的功率分配方法，包括以下步骤：
[0026]步骤1、建立智能反射镜辅助双向解码转发中继网络的系统模型；
[0027]步骤2、构建具有速率限制的关于功率分配因子以及和速率的优化问题；
[0028]步骤3、运用一阶泰勒近似将非凸约束转化为凸约束，非凸问题转化为凸问题；
[0029]步骤4、通过CVX求解出最优的用户1、用户2和双向解码转发中继的功率分配因子以及最优的系统和速率。
[0030]作为一种具体示例，步骤1所述的建立智能反射镜辅助双向解码转发中继网络的系统模型，具体如下：
[0031]步骤1.1、设定智能反射镜辅助的双向解码转发中继无线网络系统中，用户1、用户2和双向中继的天线数分别为1、1和M，智能反射镜具有N个无源反射元件；用户1和用户2发射的信号分别为x1和x2，系统发射信号的总功率为P，用户1、用户2和双向中继的功率分配因子分别为β1、β2和β3；信号传输过程中，信道遵循大规模衰减其中，d0为参考距离，设置为1m；d为发射端与
接收端之间的距离；X
σ
为阴影变量，服从均值为0，方差为σ2的分布，其中σ为阴影变量标准差；
[0032]步骤1.2、在第一时隙中，双向中继的接收信号为：
[0033][0034]其中，h
1r
∈C
M
×1、h
1i
∈C
N
×1、h
2r
∈C
M
×1、h
2i
∈C
N
×1和H
ir
∈C
M
×
N
分别为用户1到双向中继、用户1到智能反射镜、用户2到双向中继、用户2到智能反射镜和智能反射镜到双向中继的信道，为智能反射镜相移矩阵，θ
1i
∈(0,2π]为第i个元件的相位，n
r
为双向中继的接收噪声，服从均值为0、方差为的高斯分布；
[0035]先将x2视为未知的干扰，双向中继首先将用户1发射的信号x1解码成再从式(1)中消除x1的贡献，将用户2发射的信号x2解码为
[0036]步骤1.3、在第二时隙中，双向中继采用网络编码将和编码成一个新信号，即然后每个用户将接收到的x
r
解码为并且重构由另一个用户发送的信号，即或设定第一时隙和第二时隙的信道存在互易性，在自我干扰消除后，用户1和用户2的接收信号分别为：
[0037][0038][0039]其中，n1为用户本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有速率限制的最大化和速率的功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立智能反射镜辅助双向解码转发中继网络的系统模型；步骤2、构建具有速率限制的关于功率分配因子以及和速率的优化问题；步骤3、运用一阶泰勒近似将非凸约束转化为凸约束，非凸问题转化为凸问题；步骤4、通过CVX求解出最优的用户1、用户2和双向解码转发中继的功率分配因子以及最优的系统和速率。2.根据权利要求1所述的具有速率限制的最大化和速率的功率分配方法，其特征在于，步骤1所述的建立智能反射镜辅助双向解码转发中继网络的系统模型，具体如下：步骤1.1、设定智能反射镜辅助的双向解码转发中继无线网络系统中，用户1、用户2和双向中继的天线数分别为1、1和M，智能反射镜具有N个无源反射元件；用户1和用户2发射的信号分别为x1和x2，系统发射信号的总功率为P，用户1、用户2和双向中继的功率分配因子分别为β1、β2和β3；信号传输过程中，信道遵循大规模衰减其中，d0为参考距离，设置为1m；d为发射端与接收端之间的距离；X
σ
为阴影变量，服从均值为0，方差为σ2的分布，其中σ为阴影变量标准差；步骤1.2、在第一时隙中，双向中继的接收信号为：其中，h
1r
∈C
M
×1、h
1i
∈C
N
×1、h
2r
∈C
M
×1、h
2i
∈C
N
×1和H
ir
∈C
M
×
N
分别为用户1到双向中继、用户1到智能反射镜、用户2到双向中继、用户2到智能反射镜和智能反射镜到双向中继的信道，为智能反射镜相移矩阵，θ
1i
∈(0,2π]为第i个元件的相位，n
r
为双向中继的接收噪声，服从均值为0、方差为的高斯分布；先将x2视为未知的干扰，双向中继首先将用户1发射的信号x1解码成再从式(1)中消除x1的贡献，将用户2发射的信号x2解码为步骤1.3、在第二时隙中，双向中继采用网络编码将和编码成一个新信号，即然后每个用户将接收到的x
r
解码为并且重构由另一个用户发送的信号，即或设定第一时隙和第二时隙的信道存在互易性，在自我干扰消除后，用户1和用户2的接收信号分别为：用户1和用户2的接收信号分别为：其中，n1为用户1的接收噪声，服从均值为0、方差为的高斯分布；n2为用户2的接收噪声，服从均值为0、方差为的高斯分布；为智能反射镜相移矩阵，θ
2i
∈(0,2π]为第i个元件的相位；步骤1.4、用户1到双向中继链路、双向中继到用户2链路的速率分别为：
其中，因此用户1到双向中继到用户2链路的速率为R
12
＝min{R
1ir
,R
ri2
}；同理，用户2到双向中继链路、双向中继到用户1链路的速率分别为：双向中继到用户1链路的速率分别为：其中，因此用户2到双向中继到用户1链路的速率为R
21
＝min{R
2ir
,R
ri1
}；步骤1.5、用户1到双向中继和用户2到双向中继链路的多址信道速率为：因此智能反射镜辅助双向解码转发中继网络的系统和速率为：R＝min{R
12
+R
21
,R
MAC
}(9)。3.根据权利要求2所述的具有速率限制的最大化和速率的功率分配方法，其特征在于，步骤2所述的构建具有速率限制的关于功率分配因子以及和速率的优化问题，具体如下：步骤2.1、考虑到实际的通信环境中用户1与用户2的双向通信速率存在不对称性，即R
12
＝μR
21
，且只关注用户1、用户2和双向中继之间的功率分配，因此关于功率分配因子的优化问题为：s.t.0＜β1,β2,β3＜1,β1+β2+β3＝1.0＜μ,R
12
＝μR
21
.其中，μ为常数；步骤2.2、将R
12
＝μR
21
代入问题(10)的目标函数中，问题(10)简化为：s.t.0＜β1,β2,β3＜1,β1+β2+β3＝1。4.根据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：束锋，王雪辉，黄梦醒，冯思玲，毋媛媛，董榕恩，张旗，张鹏，孙钟文，占习超，揭琦娟，丁耀晖，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：