[發(fā)明專利]無線攜能雙向中繼網(wǎng)絡(luò)中面向用戶公平性的容量最大化傳輸方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810946015.5
• 申請日: 2018-08-20
• 公開（公告）號: CN109219089B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 戚楠;吳啟暉;陳佳馨;王正;劉鋼
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H04W28/22
• 分類號: H04W28/22;H04W52/26;H04W52/46;H02J50/00
• 代理公司: 32249 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 劉珊珊

1.無線攜能雙向中繼網(wǎng)絡(luò)中面向用戶公平性的容量最大化傳輸方法，其特征在于，所述雙向中繼網(wǎng)絡(luò)包括用戶節(jié)點s、用戶節(jié)點D和中繼節(jié)點R，中繼節(jié)點R為無源節(jié)點；該方法包括步驟：

(1)定義用戶節(jié)點s、D通過中繼節(jié)點R交互信息的整個過程所占用的時間為T；將T按照時間順序，以占比比例為Δ₁、Δ₂、Δ₃分為第一、第二、第三傳輸階段，Δ₁≥0，Δ₂≥0，Δ₃≥0，Δ₁+Δ₂+Δ₃＝1，其中：

第一傳輸階段中，用戶節(jié)點S向中繼節(jié)點R發(fā)送信號；

第二傳輸階段中，用戶節(jié)點D向中繼節(jié)點R發(fā)送信號；

第三傳輸階段中，用戶節(jié)點S和用戶節(jié)點D所發(fā)送的信號分別被中繼節(jié)點R分為兩部分，一部分用于信號譯碼，另一部分用于能量提取，中繼節(jié)點R利用提取的能量進行信號譯碼，并將用戶節(jié)點S和用戶節(jié)點D的信號譯碼結(jié)果異或后再廣播給S和D；定義中繼節(jié)點R接收到來自S和D的信號分別為y_s和y_d，y_s中用于信號譯碼的功率與y_s總功率的比例為δ₁，y_d中用于信號譯碼的功率與y_d總功率的比例為δ₂；δ₁，δ₂∈[0，1]；

(2)根據(jù)三個傳輸階段的鏈路狀態(tài)給出s和D消耗的能量和可達傳輸速率的約束條件，并以最大化系統(tǒng)公平性效用函數(shù)為目標問題，構(gòu)建用戶節(jié)點傳輸速率和功率分割比例優(yōu)化問題模型：

P1：

其中，R₁、R₂分別為用戶節(jié)點S和D的用戶傳輸速率，α表示公平性水平，μ_α(·)為公平性效用函數(shù)，C(p)＝log(1+p)；表示第一傳輸階段S-R鏈路的信噪比，z_s表示第一傳輸階段S-R鏈路中信道慢衰落和路徑損耗共同導(dǎo)致的信號功率衰減，P_n為信道高斯白噪聲方差；表示第二傳輸階段R-D鏈路的信噪比，z_d表示第二傳輸階段R-D鏈路中信道慢衰落和路徑損耗共同導(dǎo)致的信號功率衰減；和分別表示第三傳輸階段R-D鏈路、R-S鏈路的信噪比，E_r表示中繼節(jié)點R捕獲到的總能量；

(3)通過求解上述問題P1的拉格朗日對偶問題來求取全局最優(yōu)解，得到全局最優(yōu)的用戶傳輸速率和功率分割比例

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線攜能雙向中繼網(wǎng)絡(luò)中面向用戶公平性的容量最大化傳輸方法，其特征在于，所述問題P1的求解方法包括步驟：

S1：計算P1對應(yīng)的拉格朗日對偶函數(shù)為：

其中，λ₁、λ₂、λ₃、λ₄、λ₅和λ₆為拉格朗日乘子；

S2：將拉格朗日對偶問題表示為：

P2：

S3：將P2分解為內(nèi)層和外層；內(nèi)層問題為固定拉格朗日乘子為特定值時，求取如下優(yōu)化問題：

外層解決外部的最小化問題，即據(jù)內(nèi)層優(yōu)化求解得到的R₁，R₂，δ₁，δ₂，求解如下優(yōu)化問題：

按照先內(nèi)層后外層的順序迭代求解；其中，外層的最小化問題用高效的梯度下降法求解，內(nèi)層的最大化問題求解如下：

根據(jù)KKT條件要求：

求解得到δ₁和δ₂的全局最優(yōu)解：

其中，(a)⁺表示取非負運算，即當a≥0，(α)⁺＝a；否則，(a)⁺＝0；

同理，通過求解和得到R₁和R₂的全局最優(yōu)解：