本發(fā)明屬于數(shù)能一體化通信網(wǎng)絡(luò)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種數(shù)能一體化通信網(wǎng)絡(luò)的功率控制最優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
：能量收集(EnergyHarvesting，EH)技術(shù)因其能為無線傳感網(wǎng)絡(luò)等能量受限網(wǎng)絡(luò)提供穩(wěn)定的能量并延長網(wǎng)絡(luò)生命周期而具有大好發(fā)展前景。能量收集技術(shù)的能量來源不僅包括周圍環(huán)境的大多數(shù)自然能源，如太陽能、光能、風能、熱能、化學能等，還可以將接收的周圍無線信號轉(zhuǎn)化成一種電能，如人工獲取的射頻(RadioFrequency，RF)信號。而基于RF信號的能量收集因其可以不受天氣環(huán)境影響并提供穩(wěn)定能量成為研究熱點。數(shù)能一體化通信網(wǎng)絡(luò)(Dataandenergyintegratedcommunicationnetworks，DEINs)是一種能實現(xiàn)數(shù)據(jù)與能量協(xié)作傳輸?shù)男滦途W(wǎng)絡(luò)。在數(shù)能一體化網(wǎng)絡(luò)中，能量和數(shù)據(jù)可以同時傳輸，亦可以通過傳輸能量信號為能量受限設(shè)備提供能量進行信息傳輸，延長網(wǎng)絡(luò)壽命。在數(shù)能一體化通信網(wǎng)絡(luò)的一種常見場景中，基站通過下行數(shù)能一體傳輸為用戶提供能量和信息，而用戶通過這些能量來進行上行數(shù)據(jù)傳輸。目前已有研究考慮數(shù)能一體化通信網(wǎng)絡(luò)傳輸中的功率控制方案，包括框架、傳輸協(xié)議和算法。其中有文獻考慮了基于滿足多用戶中最小能量需求的傳輸策略，通過分析用戶能量和信息的折中關(guān)系，期望得到最佳功率分割點和功率分配方法，另外有一些文獻考慮采用時分復用的方法分不同時隙傳輸能量和信息，通過分配功率和時間在滿足最小能量需求的前提下，達到下行吞吐量的最大化。但是存在一種下行數(shù)能真正同時傳輸?shù)膱鼍?，用戶通過數(shù)能同傳分別得到能量和信息，其中從數(shù)能信號中提取能量的方法一般是功率分割(powersplitting,PS)，但是當前大多數(shù)研究并未同時考慮數(shù)能一體化網(wǎng)絡(luò)中的上下行聯(lián)合優(yōu)化。而在數(shù)能一體化網(wǎng)絡(luò)中，真正考慮數(shù)能同傳收集能量和能量使用相結(jié)合，才更加貼近實際。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中對于多用戶數(shù)能一體化通信網(wǎng)絡(luò)傳輸功率控制的研究中缺乏對上行業(yè)務需求的考慮，導致下行數(shù)能同傳中模型的優(yōu)化缺乏能量實際需求為向?qū)У牟蛔?，提供一種用戶功率分割和基站下行功率分配需要考慮用戶上行的功率控制策略，而用戶上行的功率控制需要考慮用戶的實際需求和用戶通過功率分割基站下行數(shù)能同傳信號所獲取的能量限制，更加符合實際通信場景的數(shù)能一體化通信網(wǎng)絡(luò)的功率控制最優(yōu)化方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種數(shù)能一體化通信網(wǎng)絡(luò)的功率控制最優(yōu)化方法，包括以下步驟：S1、確定網(wǎng)絡(luò)模型，建立數(shù)能一體化網(wǎng)絡(luò)中的上下行網(wǎng)絡(luò)模型；S2、對用戶上行的業(yè)務需求進行分析；S3、定義用戶上行業(yè)務需求，得到關(guān)于用戶上行業(yè)務需求的目標表達式以及其約束；S4、根據(jù)S3中用戶上行業(yè)務需求的目標表達式以及其約束求解出用戶上行的最優(yōu)功率控制策略；S5、對用戶下行的數(shù)能同傳和功率分割能量進行收集分析；S6、根據(jù)S5中對用戶下行數(shù)能同傳的分析，得到關(guān)于用戶下行數(shù)能同傳的目標表達式以及其約束；S7、根據(jù)用戶下行數(shù)能同傳的目標表達式以及其約束求解出基站下行功率分配和用戶最優(yōu)功率分割；S8、上下行聯(lián)合求解，對于不同的用戶設(shè)置不同的上行待發(fā)送業(yè)務量，然后得到關(guān)于用戶上行的功率控制；針對用戶上行的業(yè)務需求，用戶接收到信號后進行功率分割能量，得到數(shù)能一體化網(wǎng)絡(luò)中用戶上行功率控制的下行功率分配的最優(yōu)方法。進一步地，步驟S1包括以下子步驟：S11、考慮單小區(qū)的基于OFDM的數(shù)能一體化蜂窩網(wǎng)絡(luò)，基站和用戶均為單天線，基站BS以廣播形式通過下行信道發(fā)送數(shù)能一體信號給M個用戶(U1,U2,U3,...,UM)，用戶則通過上行信道發(fā)送信息至基站；基站t時刻的發(fā)送功率pBS(t)最大為ppeak，發(fā)送功率pBS(t)的平均值最大為pavg，基站的工作條件需要滿足峰值和峰均值的限制；設(shè)基站與用戶之間的信道為時變的衰落模型，和分別表示為用戶j的下行信道和上行信道的信道功率衰落，設(shè)信道均為瑞麗衰落信道，用戶j與基站的距離為Dj(j＝1,...,M)；S12、在(0，T)的時間周期內(nèi)，基站以功率pBS(t)發(fā)送信號，用戶j接收廣播信號，并通過功率分割以分割因子μj(t)將用戶下行接收到的信號能量劃分成兩部分，一部分作為能量收集，另一部分接收的信號能量進行解碼獲得相應信息；考慮用戶下行收集的能量需滿足用戶的工作能量需求，分別針對下行的能量收集和上行的業(yè)務需求耗能建模分析。進一步地，步驟S2包括以下子步驟：S21、用戶上行發(fā)送數(shù)據(jù)所需的能量來源于下行能量的接收，下行能量的接收量會影響到下行通信的性能，故期望用戶上行使用較少的能量完成上行業(yè)務需求，于是定義用戶j的上行業(yè)務需求為：對于一定量待發(fā)送的數(shù)據(jù)Dj，期望用戶j使用最少的能量在周期T內(nèi)發(fā)送完；S22、用戶上行數(shù)據(jù)發(fā)送速率r(t)(bps/hz)和發(fā)送功率p(t)之間的關(guān)系表示為：R(t)=12log(1+h(t)p(t))]]>其中，h(t)為用戶上行信道增益，p(t)為用戶發(fā)送功率；對于用戶j，其t時刻上行信道增益為在(0，T)內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)量為于是用戶j的上行發(fā)送數(shù)據(jù)需滿足另外，考慮用戶的能量來源主要是下行能量收集，由于基站發(fā)送功率0≤pBS(t)≤ppeak,0≤E(pBS(t))≤pavg，因此t時刻用戶上行信道的數(shù)據(jù)發(fā)送功率需滿足：進一步地，步驟S3具體實現(xiàn)方法為：期望用戶上行使用最少的能量完成上行業(yè)務需求，用戶j在(0，T)的發(fā)送周期內(nèi)的最小能量消耗為：minEju=∫0Tpju(t)dt]]>其約束為：其中j＝1,2,3...M。進一步地，步驟S4具體實現(xiàn)方法為：將(0，T)的時間分為N個時隙，在每個時間很短的時隙τi內(nèi)，使用一種慢衰落信道模型，在一個時隙(τ1，τ2)內(nèi)，用戶j上行信道增益和下行信道增益不變，上行發(fā)送功率和基站分配給用戶的功率不變，但各個不同時隙的信道增益和功率均不同，其中t∈(τ1，τ2)，即將第二個部分所述連續(xù)時間的系統(tǒng)模型時間離散化，以上連續(xù)時間的各個指標分別對應于第i個時隙用戶j的指標，由此體現(xiàn)(0，T)的時間周期內(nèi)時變的信道特征，并求解各個時隙各個用戶的上行發(fā)送功率基站分配給用戶的功率具體包括以下子步驟：S41、假設(shè)各個用戶之間是獨立的，即對于M個用戶分別存在M個用戶業(yè)務需求的模型，其中用戶j的上行業(yè)務需求模型通過時間離散化可得上行業(yè)務需求模型為：minEju=Σi=1Npijuτi]]>12Σi=1Nlog(1+hijupiju)τi≥Dj0≤piju≤pijBShijd]]>其中，為時隙τi內(nèi)用戶j的上行發(fā)送功率，為時隙τi內(nèi)用戶j的上行信道增益，為時隙τi內(nèi)用戶j的下行信道增益；在用戶j已知待發(fā)送數(shù)據(jù)量的情況下，該模型是一個單變量的凸問題；S42、定義拉格朗日函數(shù)，L(λ1,λ2,λ3)=Eju-λ1(12Σi=1Nlog(1+hijupiju)τi-Dj)-λ2(pijBShijd-piju)-λ3piju]]>其中，λ＝{λ1,λ2,λ3}≥0，且為簡單起見，設(shè)取其上界ppeak，即用戶上行的發(fā)送功率均小于基站最大能夠提供的功率；使用拉格朗日方法求解上述凸問題，得到上行發(fā)送功率的最優(yōu)功率控制。進一步地，步驟S5包括以下子步驟：S51、考慮基于OFDM的數(shù)能一體化網(wǎng)絡(luò)，基站向多個用戶廣播發(fā)送信號，針對用戶上行的能量需求，用戶接收到信號后進行功率分割能量；用戶j接收到廣播信號后，首先以功率分割因子μj(t)對信號進行功率分割，然后將一部分信號轉(zhuǎn)化為能量收集，再從另一部分信號中解碼提取有用信息，即用戶可收集其他用戶的信號作為能量使用；S52、用戶在t時刻可接收到基站發(fā)送給所有用戶的信號，即基站的發(fā)送功率為pBS(t)，分配給用戶j的功率為用戶j在t時刻通過功率分割收集的能量為：pjd(t)=β[1-μj(t)][pjBS(t)hjd(t)+Σk≠jpkBS(t)hjd(t)]]]>其中，β為功率分割后接收電路的轉(zhuǎn)化因子，μj(t)為用戶j的功率分割因子，為用戶j的下行信道增益；于是，基站在t時刻的發(fā)送功率pBS(t)為：pBS(t)=ΣjpjBS(t)]]>另外，基站t時刻的發(fā)送總功率應不大于峰值ppeak，在(0，T)時間內(nèi)平均功率應不大于峰均值pavg，表示為：0≤pBS(t)≤ppeak，0≤E(pBS(t))≤pavg；S53、用戶j在t時刻下行信道的數(shù)據(jù)速率為：Rjd(t)=log(1+μj(t)pjBS(t)hjd(t)μj(t)σj2+σc2)]]>其中，用戶下行信道的加性高斯白噪聲服從分布Zj～N(0,σj2)，nc為能量收集電路的電路噪聲，其服從均值為零方差為σc2的高斯分布。進一步地，步驟S6包括以下子步驟：在滿足上行的業(yè)務需求消耗的同時，期望通過合理的分配每個用戶的功率，獲得較大的下行系統(tǒng)數(shù)據(jù)率；用戶下行數(shù)能同傳的目標表達式為：maxΣj=1M∫0TRjd(t)dt]]>約束為：β[1-μj(t)][pjBS(t)hjd(t)+Σk≠jpkBS(t)hjd(t)]≥pju(t)pBS(t)≤ppeakE(pBS(t))≤pavg.]]>t∈(0,T),0≤μj(t)≤1,j＝1,2,3...M進一步地，步驟S7具體包括以下分步驟：S71、首先將連續(xù)時間的系統(tǒng)模型時間離散化，討論不同時隙的基站功率分配和用戶功率分割，即針對上行用戶業(yè)務需求模型中所得到的能量需求，下行能量供給模型意在通過基站分配用戶功率滿足其需求，同樣通過時間離散化得到下行能量供給模型為：maxΣiΣjlog(1+μijpijBShijd)τi]]>Σj=1MpijBS≤pmaxpijd≥piju,pijd=(1-μij)Σj=1MpijBShijd0≤μij≤1ΣiΣjpijBSτi≤pavgΣiτi1≤j≤M,1≤i≤N]]>其中，μij為時隙τi內(nèi)用戶j的功率分割因子；S72、求解用戶下行數(shù)能同傳的目標表達式和約束條件的hessian矩陣，其hessian矩陣非正定矩陣，因此目標函數(shù)和約束條件均為非凸問題；對于該非凸問題，包含兩個變量和μij，通過判斷這兩個變量的相互約束的關(guān)系，采用一種迭代的算法解決該問題，即通過固定μij求得相應的再帶入切得相應的μij，反復迭代多次，求得一個近似最優(yōu)的結(jié)果；固定μij，則問題變?yōu)殛P(guān)于單個變量的凸問題，即可使用拉格朗日乘子法求出結(jié)果，從問題本身的角度出發(fā)，收斂于峰均值和峰值的約束，即固定μij的情況下，用戶j在時隙i分配的功率趨近于最大值，并使得目標函數(shù)趨于最大值；反之亦收斂，由此反復迭代和μij使得目標函數(shù)逐漸趨于最大值，因此目標函數(shù)和約束條件且是收斂的；S73、根據(jù)S72關(guān)于目標函數(shù)收斂性的證明，提出一種近似迭代算法；首先設(shè)置迭代目標終止值δ，即當前后兩次迭代的目標結(jié)果相差小于δ后，停止迭代；然后隨機產(chǎn)生M*N個適合的{μij}，其中μij∈(0,1)，對于給定{μij}，目標表達式和約束均變?yōu)閱巫兞康膬?yōu)化問題，根據(jù)拉格朗日方法，求得使得目標函數(shù)最優(yōu)化的然后固定由此目標表達式和約束變?yōu)閱巫兞縶μij}的優(yōu)化問題，同樣根據(jù)拉格朗日求極值得到使得目標函數(shù)最優(yōu)的{μij}，由此反復迭代，直到前后兩次迭代目標結(jié)果相差小于δ，停止迭代，最終得到的結(jié)果即為近似最優(yōu)值。進一步地，步驟S8具體實現(xiàn)方法為：首先對于不同的用戶設(shè)置不同的上行待發(fā)送業(yè)務量Dj，然后進行多次循環(huán)求解，每次循環(huán)求解對應隨機產(chǎn)生信道和的上行功率控制和下行功率分配結(jié)果，最后對于所有的結(jié)果求得平均值，即可得到上行的最優(yōu)功率控制和下行的最優(yōu)功率分配；然后針對用戶上行的能量需求，用戶接收到信號后進行功率分割得到用戶下行的最優(yōu)功率分割方法。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明包括用戶上行功率控制、基站下行功率分配和用戶功率分割三個部分，用戶功率分割和基站下行功率分配需要考慮用戶上行的功率控制策略，而用戶上行的功率控制需要考慮用戶的實際需求和用戶通過功率分割基站下行數(shù)能同傳信號所獲取的能量限制，三個部分相互依賴，同時考慮了數(shù)能一體化網(wǎng)絡(luò)中的上下行聯(lián)合優(yōu)化；本發(fā)明基于多用戶的實際通信業(yè)務需求考慮，提出了一種更加符合實際通信場景的數(shù)能一體化網(wǎng)絡(luò)中的基站能量供給策略，能夠適用于各種通信場景中，降低傳輸過程中的能量損耗，提高通信質(zhì)量。附圖說明圖1為本發(fā)明的功率控制最優(yōu)化方法流程圖；圖2為本發(fā)明的數(shù)能一體化通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)模型示意圖；圖3為本發(fā)明的用戶接收到信號后進行功率分割能量的方法示意圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖和具體實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。如圖1所示，一種數(shù)能一體化通信網(wǎng)絡(luò)的功率控制最優(yōu)化方法，包括以下步驟：S1、確定網(wǎng)絡(luò)模型，建立數(shù)能一體化網(wǎng)絡(luò)中的上下行網(wǎng)絡(luò)模型；具體包括以下子步驟：S11、考慮單小區(qū)的基于OFDM的數(shù)能一體化蜂窩網(wǎng)絡(luò)，基站和用戶均為單天線，如圖2所示，基站BS以廣播形式通過下行信道發(fā)送數(shù)能一體信號給M個用戶(U1,U2,U3,...,UM)，用戶則通過上行信道發(fā)送信息至基站；基站t時刻的發(fā)送功率pBS(t)最大為ppeak，發(fā)送功率pBS(t)的平均值最大為pavg，基站的工作條件需要滿足峰值和峰均值的限制；設(shè)基站與用戶之間的信道為時變的衰落模型，和分別表示為用戶j的下行信道和上行信道的信道功率衰落，設(shè)信道均為瑞麗衰落信道，用戶j與基站的距離為Dj(j＝1,...,M)；S12、在(0，T)的時間周期內(nèi)，基站以功率pBS(t)發(fā)送信號，用戶j接收廣播信號，并通過功率分割(Powersplitting,PS)以分割因子μj(t)將用戶下行接收到的信號能量劃分成兩部分，如圖3所示，一部分作為能量收集，另一部分接收的信號能量進行解碼獲得相應信息；考慮用戶下行收集的能量需滿足用戶的工作能量需求，分別針對下行的能量收集和上行的業(yè)務需求耗能建模分析。S2、對用戶上行的業(yè)務需求進行分析；具體包括以下子步驟：S21、用戶上行發(fā)送數(shù)據(jù)所需的能量來源于下行能量的接收，下行能量的接收量會影響到下行通信的性能，故期望用戶上行使用較少的能量完成上行業(yè)務需求，于是定義用戶j的上行業(yè)務需求為：對于一定量待發(fā)送的數(shù)據(jù)Dj，期望用戶j使用最少的能量在周期T內(nèi)發(fā)送完；S22、用戶上行數(shù)據(jù)發(fā)送速率r(t)(bps/hz)和發(fā)送功率p(t)之間的關(guān)系表示為：R(t)=12log(1+h(t)p(t))]]>其中，h(t)為用戶上行信道增益，p(t)為用戶發(fā)送功率；對于用戶j，其t時刻上行信道增益為在(0，T)內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)量為于是用戶j的上行發(fā)送數(shù)據(jù)需滿足另外，考慮用戶的能量來源主要是下行能量收集，由于基站發(fā)送功率0≤pBS(t)≤ppeak,0≤E(pBS(t))≤pavg，因此t時刻用戶上行信道的數(shù)據(jù)發(fā)送功率需滿足：S3、定義用戶上行業(yè)務需求，得到關(guān)于用戶上行業(yè)務需求的目標表達式以及其約束；其具體實現(xiàn)方法為：期望用戶上行使用最少的能量完成上行業(yè)務需求，用戶j在(0，T)的發(fā)送周期內(nèi)的最小能量消耗為：minEju=∫0Tpju(t)dt]]>其約束為：其中j＝1,2,3...M。S4、根據(jù)S3中用戶上行業(yè)務需求的目標表達式以及其約束求解出用戶上行的最優(yōu)功率控制策略；其具體實現(xiàn)方法為：將(0，T)的時間分為N個時隙，在每個時間很短的時隙τi內(nèi)，使用一種慢衰落信道模型，在一個時隙(τ1，τ2)內(nèi)，用戶j上行信道增益和下行信道增益不變，上行發(fā)送功率和基站分配給用戶的功率不變，但各個不同時隙的信道增益和功率均不同，其中t∈(τ1，τ2)，即將第二個部分所述連續(xù)時間的系統(tǒng)模型時間離散化，以上連續(xù)時間的各個指標分別對應于第i個時隙用戶j的指標，由此體現(xiàn)(0，T)的時間周期內(nèi)時變的信道特征，并求解各個時隙各個用戶的上行發(fā)送功率基站分配給用戶的功率包括以下子步驟：S41、假設(shè)各個用戶之間是獨立的，即對于M個用戶分別存在M個用戶業(yè)務需求的模型，其中用戶j的上行業(yè)務需求模型通過時間離散化可得上行業(yè)務需求模型為：minEju=Σi=1Npijuτi]]>12Σi=1Nlog(1+hijupiju)τi≥Dj0≤piju≤pijBShijd]]>其中，為時隙τi內(nèi)用戶j的上行發(fā)送功率，為時隙τi內(nèi)用戶j的上行信道增益，為時隙τi內(nèi)用戶j的下行信道增益；顯然，在用戶j已知待發(fā)送數(shù)據(jù)量的情況下，該模型是一個單變量的凸問題；S42、定義拉格朗日函數(shù)，L(λ1,λ2,λ3)=Eju-λ1(12Σi=1Nlog(1+hijupiju)τi-Dj)-λ2(pijBShijd-piju)-λ3piju]]>其中，λ＝{λ1,λ2,λ3}≥0，且為簡單起見，設(shè)取其上界ppeak，即用戶上行的發(fā)送功率均小于基站最大能夠提供的功率；使用拉格朗日方法求解上述凸問題，得到上行發(fā)送功率的最優(yōu)功率控制。S5、對用戶下行的數(shù)能同傳和功率分割能量進行收集分析；具體包括以下子步驟：S51、考慮基于OFDM的數(shù)能一體化網(wǎng)絡(luò)，基站向多個用戶廣播發(fā)送信號，針對用戶上行的能量需求，用戶接收到信號后進行功率分割能量；用戶j接收到廣播信號后，首先以功率分割因子μj(t)對信號進行功率分割，然后將一部分信號轉(zhuǎn)化為能量收集，再從另一部分信號中解碼提取有用信息，即用戶可收集其他用戶的信號作為能量使用；S52、用戶在t時刻可接收到基站發(fā)送給所有用戶的信號，即基站的發(fā)送功率為pBS(t)，分配給用戶j的功率為用戶j在t時刻通過功率分割收集的能量為：pjd(t)=β[1-μj(t)][pjBS(t)hjd(t)+Σk≠jpkBS(t)hjd(t)]]]>其中，β為功率分割后接收電路的轉(zhuǎn)化因子，μj(t)為用戶j的功率分割因子，為用戶j的下行信道增益；于是，基站在t時刻的發(fā)送功率pBS(t)為：pBS(t)=ΣjpjBS(t)]]>另外，基站t時刻的發(fā)送總功率應不大于峰值ppeak，在(0，T)時間內(nèi)平均功率應不大于峰均值pavg，表示為：0≤pBS(t)≤ppeak，0≤E(pBS(t))≤pavg；S53、用戶j在t時刻下行信道的數(shù)據(jù)速率為：Rjd(t)=log(1+μj(t)pjBS(t)hjd(t)μj(t)σj2+σc2)]]>其中，用戶下行信道的加性高斯白噪聲服從分布Zj～N(0,σj2)，nc為能量收集電路的電路噪聲，其服從均值為零方差為σc2的高斯分布。S6、根據(jù)S5中對用戶下行數(shù)能同傳的分析，得到關(guān)于用戶下行數(shù)能同傳的目標表達式以及其約束；具體包括以下子步驟：在滿足上行的業(yè)務需求消耗的同時，期望通過合理的分配每個用戶的功率，獲得較大的下行系統(tǒng)數(shù)據(jù)率；用戶下行數(shù)能同傳的目標表達式為：maxΣj=1M∫0TRjd(t)dt]]>約束為：β[1-μj(t)][pjBS(t)hjd(t)+Σk≠jpkBS(t)hjd(t)]≥pju(t)pBS(t)≤ppeakE(pBS(t))≤pavg.]]>t∈(0,T),0≤μj(t)≤1,j＝1,2,3...MS7、根據(jù)用戶下行數(shù)能同傳的目標表達式以及其約束求解出基站下行功率分配和用戶最優(yōu)功率分割；具體包括以下分步驟：S71、首先將連續(xù)時間的系統(tǒng)模型時間離散化，討論不同時隙的基站功率分配和用戶功率分割，即針對上行用戶業(yè)務需求模型中所得到的能量需求，下行能量供給模型意在通過基站分配用戶功率滿足其需求，同樣通過時間離散化得到下行能量供給模型為：maxΣiΣjlog(1+μijpijBShijd)τi]]>Σj=1MpijBS≤pmaxpijd≥piju,pijd=(1-μij)Σj=1MpijBShijd0≤μij≤1ΣiΣjpijBSτi≤pavgΣiτi1≤j≤M,1≤i≤N]]>其中，μij為時隙τi內(nèi)用戶j的功率分割因子；S72、求解用戶下行數(shù)能同傳的目標表達式和約束條件的hessian矩陣，其hessian矩陣非正定矩陣，因此目標函數(shù)和約束條件均為非凸問題；對于該非凸問題，包含兩個變量和μij，通過判斷這兩個變量的相互約束的關(guān)系，采用一種迭代的算法解決該問題，即通過固定μij求得相應的再帶入切得相應的μij，反復迭代多次，求得一個近似最優(yōu)的結(jié)果；固定μij，則問題變?yōu)殛P(guān)于單個變量的凸問題，即可使用拉格朗日乘子法求出結(jié)果，從問題本身的角度出發(fā)，收斂于峰均值和峰值的約束，即固定μij的情況下，用戶j在時隙i分配的功率趨近于最大值，并使得目標函數(shù)趨于最大值；反之亦收斂，由此反復迭代和μij使得目標函數(shù)逐漸趨于最大值，因此目標函數(shù)和約束條件且是收斂的；S73、根據(jù)S72關(guān)于目標函數(shù)收斂性的證明，提出一種近似迭代算法；首先設(shè)置迭代目標終止值δ，即當前后兩次迭代的目標結(jié)果相差小于δ后，停止迭代；然后隨機產(chǎn)生M*N個適合的{μij}，其中μij∈(0,1)，對于給定{μij}，目標表達式和約束均變?yōu)閱巫兞康膬?yōu)化問題，根據(jù)拉格朗日方法，求得使得目標函數(shù)最優(yōu)化的然后固定由此目標表達式和約束變?yōu)閱巫兞縶μij}的優(yōu)化問題，同樣根據(jù)拉格朗日求極值得到使得目標函數(shù)最優(yōu)的{μij}，由此反復迭代，直到前后兩次迭代目標結(jié)果相差小于δ，停止迭代，最終得到的結(jié)果即為近似最優(yōu)值。S8、上下行聯(lián)合求解，對于不同的用戶設(shè)置不同的上行待發(fā)送業(yè)務量，然后得到關(guān)于用戶上行的功率控制；針對用戶上行的業(yè)務需求，用戶接收到信號后進行功率分割能量，得到數(shù)能一體化網(wǎng)絡(luò)中用戶上行功率控制的下行功率分配的最優(yōu)方法；其具體實現(xiàn)方法為：首先對于不同的用戶設(shè)置不同的上行待發(fā)送業(yè)務量Dj，然后進行多次循環(huán)求解，優(yōu)選地，設(shè)置循環(huán)次數(shù)N＝10000，每次循環(huán)求解對應隨機產(chǎn)生信道和的上行功率控制和下行功率分配結(jié)果，最后對于所有的結(jié)果求得平均值，即可得到上行的最優(yōu)功率控制和下行的最優(yōu)功率分配；然后針對用戶上行的能量需求，用戶接收到信號后進行功率分割得到用戶下行的最優(yōu)功率分割方法。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應被理解為本發(fā)明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。當前第1頁1 2 3