信能同传协作系统的分布式收发功率联合优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种信能同传协作系统的分布式收发功率联合优化方法及系统，方法按如下步骤：步骤1，构造用于表征信息速率及收集能量的分布式性能指标；步骤2，各接入点独立进行发送功率及接收功率分流因子的联合分配；步骤3，用户根据自身速率需求、能量需求及电池容量限制，计算功率分流因子。本发明专利技术解决了信能同传协作系统中现有集中式功率分配方案前传链路交互量高的问题。交互量高的问题。交互量高的问题。

【技术实现步骤摘要】
信能同传协作系统的分布式收发功率联合优化方法及系统


[0001]本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种用于信能同传协作系统中的分布式发送功率及接收功率分流因子联合优化方法、系统。

技术介绍

[0002]在信能同传协作系统中，每个用户由服务簇内的多个接入点共同协作提供服务。在用户采用功率分流接收结构的方式中，用户将接收到的信号按照功率分流因子分成两个信号流，分别用来信息解码和收集能量。在发送功率及接收功率分流因子联合优化方面，目前研究大多采用集中式方式，由中心处理单元实现最优功率分配。该方式通常可获得较优的速率及能量，但需要中心处理单元与接入点间交互大量的信息，占用大量的前传链路资源。分布式方式可以大大降低前传链路交互量，但信能同传协作系统实现分布式方案存在两大难点：第一，在接入点间不交互信息的情况下，需要考虑接入点间的干扰以提高系统性能；第二，由于同一个用户由服务簇内的多个接入点服务，接入点侧进行功率分配将出现对应同一个用户多个不同功率分流因子的情况，需解决如何分配接收功率分流因子的问题。
[0003]为此，针对信能同传协作系统中现有集中式功率分配方案前传链路交互量高的问题，本专利技术通过解决分布式功率分配方式存在的以上两个难题，提供一种分布式的发送功率及接收功率分流因子联合优化方法、系统。

技术实现思路

[0004]针对信能同传协作系统中现有集中式功率分配方案前传链路交互量高的问题，本专利技术提供一种分布式的发送功率及接收功率分流因子联合优化方法、系统。
[0005]本专利技术的应用场景：包含大量接入点、大量内置功率分流器的用户的协作系统。用户由各自服务簇内的所有接入点协作为其服务。
[0006]为达到上述技术目的，本专利技术采取如下技术方案：
[0007]一种信能同传协作系统的分布式收发功率联合优化方法，具体步骤如下：
[0008]步骤1，构造用于表征信息速率及收集能量的分布式性能指标；
[0009]步骤2，各接入点独立进行发送功率及接收功率分流因子的联合分配；
[0010]步骤3，用户根据自身速率需求、能量需求及电池容量限制，计算功率分流因子。
[0011]优选的，步骤1构造用于表征信息速率及收集能量的分布式性能指标。具体如下：
[0012]分布式性能指标即无需接入点间以及接入点与中心处理单元之间交互信息即可计算得到的性能指标。假设K
n
和分别表示接入点n的服务用户集合和非服务用户集合，ρ
k
(0≤ρ
k
≤1)表示用户k的功率分流因子。
[0013]首先，定义接入点n与用户k(k∈K
n
)间的信漏干噪比为
[0014][0015]定义接入点n与用户k间的信漏干噪和为
[0016][0017]其中，S
n,k
为有用信号功率，I
n,k
为来自接入点n发送给K
n
内其他用户的干扰信号功率，为内用户t接收到的由接入点n发送给用户k信号的功率，N
n,k
为信道噪声方差，为信息解调过程中引入的信号处理噪声。
[0018]然后，根据式(1)和式(2)，构造和分别作为表征用户k信息速率及收集能量的分布式性能指标，其中η为能量转换效率。
[0019]优选的，步骤2各接入点独立地进行发送功率及接收功率分流因子的联合分配。具体如下：
[0020]以接入点n为例，采用最优化方法对发送功率p
n,k
(k∈K
n
)及接收功率分流因子ρ
k
(k∈K
n
)进行联合分配。
[0021]首先，建立优化问题模型。优化目标可以采用用户速率公平最大化能效最大化收集能量等，其中δ
k
为加权因子，p
n,tot
为接入点n的总消耗功率，包括发送信号功率以及电路消耗功率。假设对于接入点n，优化问题模型为
[0022][0023]其中，分别为最小信息速率需求及收集能量需求，p
n,k
为发送用户k信号的功率，p
n,max
为接入点n的最大发送功率。
[0024]然后，采用分式规划、连续凸逼近、块坐标下降法等优化方法对以上优化问题进行求解。
[0025]优选的，步骤3用户根据自身速率需求、能量需求及电池容量限制，计算功率分流因子。具体如下：
[0026]以用户k为例，根据自身速率需求、能量需求及电池容量限制，采用以下公式计算ρ
k
：
[0027][0028]其中，ρ
k
表示接收功率分流因子，式(4)表示ρ
k
为满足式中三个不等式的ρ
k
的最小值，G
k
表示用户k的服务簇，r
k,min
,E
k,tot
分别表示用户k的速率需求及电池容量，I
k,tot
表示用户k收到的干扰及噪声功率。公式(4)是单变量优化问题，可采用拉格朗日乘数法求解。
[0029]本专利技术还公开了一种信能同传协作系统的分布式收发功率联合优化系统，其包括如下模块：
[0030]性能指标构造模块：构造用于表征信息速率及收集能量的分布式性能指标；
[0031]功率分流因子的联合分配模块：各接入点独立进行发送功率及接收功率分流因子的联合分配；
[0032]功率分流因子计算模块：用户根据自身速率需求、能量需求及电池容量限制，计算功率分流因子。
[0033]本专利技术的创新之处在于：
[0034]1)所采用的优化性能指标考虑了接入点间的干扰且无需接入点间交互信息，在不增加前传链路交互的前提下提升了分布式功率分配方法的性能。
[0035]2)采用接入点侧与用户侧逐步优化的方式计算功率分流因子，在无需接入点间交互信息的前提下实现能量的充分利用。
[0036]本专利技术首先构造用于表征信息速率及收集能量的分布式性能指标；其次，由各接入点独立地进行发送功率及接收功率分流因子的联合分配；最后，由用户侧根据自身性能需求及电池容量限制计算功率分流因子。
[0037]本专利技术采用一种完全分布式的技术方案，无需接入点间以及接入点与中心处理单元之间交互信息，大大降低了对前传链路容量的要求。此外，本专利技术中的优化性能指标考虑了接入点间的干扰，提升了系统性能；采用接入点侧与用户侧逐步优化的方式计算功率分流因子，接入点侧的优化保证了在该功率分配下用户的能量需求性能，用户侧结合接入点间协作的优势对其进行进一步优化，实现能量的充分利用。
附图说明
[0038]图1是本专利技术优选实施例一种信能同传协作系统的分布式收发功率联合优化方法的流程图。
[0039]图2是本专利技术优选实施例一种信能同传协作系统的分布式收发功率联合优化系统框图。
具体实施方式
[0040]下面结合附图对本专利技术优选实施例做本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种信能同传协作系统的分布式收发功率联合优化方法，其特征在于，按如下步骤：步骤1，构造用于表征信息速率及收集能量的分布式性能指标；步骤2，各接入点独立进行发送功率及接收功率分流因子的联合分配；步骤3，用户根据自身速率需求、能量需求及电池容量限制，计算功率分流因子。2.如权利要求1所述信能同传协作系统的分布式收发功率联合优化方法，其特征在于，步骤1具体如下：假设K
n
和分别表示接入点n的服务用户集合和非服务用户集合，ρ
k
表示用户k的功率分流因子，(0≤ρ
k
≤1；定义接入点n与用户k间的信漏干噪比为其中，(k∈K
n
；定义接入点n与用户k间的信漏干噪和为其中，S
n,k
为有用信号功率，I
n,k
为来自接入点n发送给K
n
内其他用户的干扰信号功率，为内用户t接收到的由接入点n发送给用户k信号的功率，N
n,k
为信道噪声方差，为信息解调过程中引入的信号处理噪声；根据式(1)和式(2)，构造和分别作为表征用户k信息速率和收集能量的分布式性能指标，其中η为能量转换效率。3.如权利要求2所述信能同传协作系统的分布式收发功率联合优化方法，其特征在于，步骤2具体如下：采用最优化方法对发送功率p
n,k
及接收功率分流因子ρ
k
进行联合分配，k∈K
n
；建立优化问题模型；优化目标采用用户速率公平最大化能效最大化收集能量其中δ
k
为加权因子，p
n,tot
为接入点n的总消耗功率，包括发送信号功率以及电路消耗功率；假设对于接入点n，优化问题模型为其中，分别为最小信息速率需求与收集能量需求，p
n,k
为发送用户k信号的功率，p
n,max
为接入点n的最大发送功率；采用优化方法对以上优化问题进行求解。4.如权利要求3所述信能同传协作系统的分布式收发功率联合优化方法，其特征在于，
步骤3具体如下：根据自身速率需求、能量需求及电池容量限制，采用以下公式计算ρ
k
：其中，ρ
k
表示接收功率分流因子；G
k
表示用户k的服务簇，r
k,min
,E
k,tot
分别表示用户k的速率需求及电池容量，I
k,tot
表示用户k收到的干扰及噪声功率；式(4)是单变量优化问题，采用拉格朗日乘数法求解。5.一种信能同传协作系统的分布式收发功率联合优化系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡志蕊，王熳怡，吴世娥，何美霖，毕美华，许方敏，滕旭阳，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：