[發明專利]多中繼系統中基于非線性能量采集的功率分配方法

有效

• 申請號: 202110067260.0
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112888058B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 朱琦;潘慧芳
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W52/26
• 分類號: H04W52/26;H04W52/46
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 向文

1.多中繼系統中基于非線性能量采集的功率分配方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：初始化多中繼系統；

S2：計算每個中繼在分段線性能量采集模型中所在的最大折線段S_i，根據最大折線段S_i計算所有中繼存在的能量采集模型折線集Segment＝{s₁,...,s_i,...s_I}，其中s_i∈{0,1,...,S_i}，S_i∈{0,1,...,L},L為分段線性能量采集模型的折線段總數；

S3：在給定的折線集Segment＝{s₁,...,s_i,...s_I}里，對每個中繼進行功率分配；

所述步驟S3中對每個中繼進行功率分配的方法如下：

A1：n表示所有中繼折線集的不同組合數且初始化為0，Number表示所有中繼折線集總數，n＝n+1，n表示所有中繼折線集的不同組合數，如果n≤Number，初始化最優能效初值x^*，進入到步驟A2；如果n＞Number，轉到步驟A5；

A2：如果s_i＝0，那么中繼發射功率P_i＝0，功率分割比ρ_i＝0；

如果s_i＝L，通過直接求導法、單調性、拉格朗日乘子法和KKT條件求得最優中繼發射功率和功率分割比，計算能效x；

如果0＜s_i＜L，通過直接求導法、單調性、拉格朗日乘子法、卡爾丹公式求得最優中繼發射功率和功率分割比，計算能效x；

A3：將步驟A2中獲取的能效x進行比較，將能效x的最大值所對應的最優中繼發射功率P_i和最優功率分割比ρ_i分別更新到最優中繼發射功率集{P₁,...,P_i,...,P_I}和最優功率分割比集{ρ₁,...,ρ_i,...,ρ_I}中；

A4：將中繼發射功率集{P₁,...,P_i,...,P_I}和功率分割比集{ρ₁,...,ρ_i,...,ρ_I}中的元素代入能效公式中，計算得到最優能效η_n，若滿足Dinkelbach迭代收斂條件|η_n-x^*|＜δ₁，δ₁為Dinkelbach迭代最大許可誤差，則返回步驟A1，否則令最優能效初值x^*＝η_n，重新返回步驟A2；

A5：將最優能效集η中的能效進行比較，得到最大值η^*，該值對應得到最優中繼發射功率集{P₁^*,...,P_i^*,...,P_I^*}和最優功率分割比集{ρ₁^*,...,ρ_i^*,...,ρ_I^*}，若這兩個集合滿足固定點迭代收斂條件|P_i^*-P_i⁰|＜δ₂和|ρ_i^*-ρ_i⁰|＜δ₂，δ₂為固定點迭代最大許可誤差，則循環結束，否則令{P₁⁰,...,P_i⁰,...,P_I⁰}＝{P₁^*,...,P_i^*,...,P_I^*}，{ρ₁⁰,...,ρ_i⁰,...,ρ_I⁰}＝{ρ₁^*,...,ρ_i^*,...,ρ_I^*}，跳到步驟A1繼續執行，Count＝Count+1，Count表示多中繼聯合迭代次數且初始化為0；

所述步驟A2中如果s_i＝L，能效x的計算方法為：

若中繼i的功率分割比ρ_i滿足中繼的接收信噪比大于目的節點的接收信噪比的約束，但該約束是對中繼發射功率P_i的弱約束，用直接求導法求解最優中繼發射功率和功率分割比，在這種情況下，計算能效x；

若中繼i的功率分割比ρ_i滿足中繼的接收信噪比大于目的節點的接收信噪比的約束，且該約束同時是對中繼發射功率P_i的強約束，用拉格朗日乘子法和KKT條件得到最優中繼發射功率和功率分割比，在這種情況下，計算能效x；

若中繼i的功率分割比ρ_i滿足中繼的接收信噪比小于目的節點的接收信噪比的約束，此時目標函數對中繼發射功率P_i是單調遞減函數，根據線性約束條件得到最優中繼發射功率P_i的閉式解，將其代入把原二元目標函數消元，利用直接求導法和單調性得到最優功率分割比ρ_i，在這種情況下，計算能效x；

所述步驟A2中如果0＜s_i＜L，能效x的計算方法為：

若中繼i的功率分割比ρ_i滿足中繼的接收信噪比大于目的節點的接收信噪比的約束，且能量因果約束是對中繼發射功率P_i的強約束，用直接求導法求解，在這種情況下，計算能效x；

若中繼i的功率分割比ρ_i滿足中繼的接收信噪比大于目的節點的接收信噪比的約束，且該約束同時是對中繼發射功率P_i的強約束，用拉格朗日乘子法和KKT條件得到最優中繼發射功率和功率分割比，其中一元三次方程的求解用卡爾丹公式解決，在這種情況下，計算能效x；

若中繼i的功率分割比ρ_i滿足中繼的接收信噪比大于目的節點的接收信噪比的約束，且中繼總發射功率限制是對中繼發射功率P_i的強約束，用直接求導法求解，在這種情況下，計算能效x；

若中繼i的功率分割比ρ_i滿足中繼的接收信噪比小于目的節點的接收信噪比的約束，根據線性約束條件得到最優中繼發射功率P_i的閉式解，將其代入把原二元目標函數消元，利用直接求導法和單調性得到最優功率分割比ρ_i，在這種情況下，計算能效x。