【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线通信，具体为一种基于wpt辅助的去蜂窝大规模mimo低功耗高能效优化方法。
技术介绍
1、去蜂窝大规模mimo(cell-free massive mimo,cf-mmimo)网络系统作为6g通信最具潜力的实现方式之一，已经成为国内外研究的热点。它能够应对迅速增长的用户设备(user equipment，ue)数量以及各种无线应用对数据吞吐量的高需求，同时提供更高且更均匀的频谱效率，从而提升了无线网络中ue的性能。与此同时，采用射频(radiofrequency，rf)信号的无线电力传输(wireless power transfer，wpt)在cf-mmimo系统架构下得到了广泛应用，该系统配备了数百或数千个分布式接入点(access point，ap)，显著缩短了有效通信距离以弥补散射和衰减特性所带来的影响。
2、虽然目前wpt技术和cf-mmimo网络架构十分契合，但目前的绝大部分研究都仅仅考虑理想情况，并没有考虑一个具体的实际问题，即能量收集以及信息传输的硬件设备是存在损耗，以及只考虑了rayleigh衰落和线性能量收集模型，未考虑更通用的rician衰落信道，以及实际过程中，能量收集模型是非线性的。进一步地，大尺度衰落解码(large-scale fading decoding，lsfd)可减少cf-mmimo系统的干扰，现有的能效优化方案中，未同时考虑到优化lsfd。目前的能效优化方案在性能表现方面，在满足实际约束的前提下，仍然有提升的空间。
技术实现思路b>
1、本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于wpt辅助的去蜂窝大规模mimo低功耗高能效优化方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种基于wpt辅助的去蜂窝大规模mimo低功耗高能效优化方法，包括以下步骤：
4、s0：构建wpt辅助的去蜂窝大规模mimo系统模型，包括k个单天线ues，l个多天线aps，每个ap有n根天线，且k个单天线ues、l个带n根天线的aps均连接到同一个中央处理单元(centralprocessing unit，cpu)，并在cpu处实现lsfd。分别表示ue的接收端和发送端、ap的发送端和接收端的硬件质量因子。ue的自身电路功耗为pu。{τd,τc,τu,τp}分别表示下行传输相干时间长度、总的传输相干时间长度、上行传输相干时间长度，以及导频序列长度，其中，τc＝τd+τu+τp。
5、s1：构建非线性能量收集模型，模拟真实的能量收集电路的能量收集模型；
6、s2：构建能效最大化优化问题p1，以上行总能效为目标函数，将能量收集与上行发送能量、服务质量作为约束；
7、s3：利用凸变换，将问题p1转化为凸问题p2；
8、s4：利用优化算法求解凸问题p2，得到最优的第l个ap对第k个ue的的下行wpt功率控制系数pkl、第k个ue的的上行无线信息传输(wireless informationtransfer，wit)功率控制系数ηk，第k个ue的lsfd向量αk，以及最大化的上行传输总的能量效率
9、优选地，步骤s1中，构建非线性能量收集模型hek表示第k个ue收集的能量，ak、bk、ck分别表示第k个ue非线性能量收集模型的系数，ik表示第k个ue的能量收集电路平均输入能量，pkl表示下行传输中第l个ap到第k个ue的的功率控制系数，wkl表示第l个ap对第k个ue的下行传输预编码，hkl表示第l个ap与第k个ue的之间的信道增益sk表示第k个ue接收下行传输的能量信号。
10、优选地，步骤s2中，构建能效优化问题p1，所述问题p1的表达式具体为：
11、p1：
12、s.t.c1:rk≥rqos，k＝1,2,...,k
13、c2:ple(pkl)≤ρd，l＝1,2,...,l，k＝1,2,...,k
14、c3:τuηk+τpρp+pu≤hek(pkl)，l＝1,2,...,l，k＝1,2,...,k
15、c4:pkl≥0，l＝1,2,...,l，k＝1,2,...,k
16、c5:ηk≥0，k＝1,2,...,k
17、其中，表示目标函数，为上行传输总的能效，ptotal为上行传输过程中总功耗，pap和pant分别表示ap和天线的固定功耗，ρp表示ap发送导频的功率，rk表示第k个ue的通信速率；{pkl,ηk,αk}为优化变量，分别表示第l个ap对第k个ue的下行wpt功率控制系数、第k个ue的上行wit功率控制系数，以及第k个ue的lsfd向量；c1表示本系统下，每个ue需要满足最低的服务质量要求，其中rqos表示本系统所要求的每个ue的最低通信速率，c2表示每个ap的长期传输功率满足最大功率约束，其中ple表示ap的长期传输功率，ρd表示ap的长期传输功率最大限制，c3表示第k个ue上行传输能量以及ue自身所需能量要小于能量收集电路的能量，c4、c5分别表示下行ap的wpt功率控制系数和上行ue的wit功率控制系数的约束。
18、优选地，步骤s3中，所述能效优化问题p1为非凸问题，给定lsfd向量αk，k＝1,2,...,k，并对问题p1进行凸变换，问题p1转化为凸问题p2，p2表达式具体为：
19、p2：
20、
21、
22、
23、
24、
25、
26、
27、c8:ηk≥0，k＝1,2,...,k
28、c9:pk＞0，k＝1,2,...,k
29、其中，tk、t0、ek、ξ分别为非凸问题转化为凸问题过程中引入的优化变量，t＝[t1,t2,…,tk]，为中对应的元素，k＝1,2,...,k。d1、d2、d3、d4分别表示用户信号强度值、用户间干扰值、硬件失真值、波束增益值，且vkl表示第k个ue发送的信号在第l个ap处的解码权重向量nl表示第l个ap接收处的噪声,μl表示第l个ap处的硬件失真值。和表示第n次算法优化的值。
30、优选地，步骤s4中，利用优化算法，求解问题p2，具体算法流程如下：
31、步骤4.1：算法初始化，迭代次数设为n＝1，得到初始值并定义容忍度ε，以及最大的优化算法迭代次数nmax；
32、步骤4.2：固定lsfd变量αk，求解凸问题p2，获取迭代优化过程中优化变量{pkl,η,t,ek,ξ}。
33、步骤4.3：若当前迭代计算，计算出p2问题的可行解，则计算当前该问题解的ap下行传输功率控制系数p、ue上行传输功率控制系数η。计算广义瑞利熵，获取优化得到的lsfd向量αk，得到当前优化过程中的变量值否则，直接进入步骤4.4。
34、步骤4.4：判断当前获取的目标函数与上一迭代时的目标函数值本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于WPT辅助的去蜂窝大规模MIMO低功耗高能效优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于WPT辅助的去蜂窝大规模MIMO低功耗高能效优化方法，其特征在于，步骤S1中：构建非线性能量收集模型HEk表示第k个UE收集的能量，Ak、Bk、Ck分别表示第k个UE非线性能量收集模型的系数，Ik表示第k个UE的能量收集电路平均输入能量，pkl表示下行传输中第l个AP到第k个UE的的功率控制系数，wkl表示第l个AP对第k个UE的下行传输预编码，hkl表示第l个AP与第k个UE的之间的信道增益sk表示第k个UE接收下行传输的能量信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于WPT辅助的去蜂窝大规模MIMO低功耗高能效优化方法，其特征在于，步骤S2中：构建能效最大化优化问题P1，所述问题P1的表达式具体为：
4.根据权利要求3所述的一种基于WPT辅助的去蜂窝大规模MIMO低功耗高能效优化方法，其特征在于，步骤S3中：能效优化问题P1为非凸问题，给定LSFD向量αk，k＝1,2,...,K，并对问题P1进行凸变换，问题P1转化为凸
5.根据权利要求1所述的一种基于WPT辅助的去蜂窝大规模MIMO低功耗高能效优化方法，其特征在于，步骤S4中：利用优化算法，求解问题P2，具体算法流程如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于wpt辅助的去蜂窝大规模mimo低功耗高能效优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于wpt辅助的去蜂窝大规模mimo低功耗高能效优化方法，其特征在于，步骤s1中：构建非线性能量收集模型hek表示第k个ue收集的能量，ak、bk、ck分别表示第k个ue非线性能量收集模型的系数，ik表示第k个ue的能量收集电路平均输入能量，pkl表示下行传输中第l个ap到第k个ue的的功率控制系数，wkl表示第l个ap对第k个ue的下行传输预编码，hkl表示第l个ap与第k个ue的之间的信道增益sk表示第k个ue接收下行传输的能量信号。
3.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓敏，王志恒，周成瑞，孙强，黄勋，杨永杰，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：
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