面向SWIPT辅助去蜂窝大规模MIMO网络的长期功率控制方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115767703A(43)申请公布日2023.03.07(21)申请号202211398758.6(22)申请日2022.11.09(71)申请人哈尔滨工业大学（深圳）地址518000广东省深圳市南山区桃源街道深圳大学城哈尔滨工业大学校区(72)发明人王同王凯霖(74)专利代理机构深圳市添源创鑫知识产权代理有限公司44855专利代理师朱丽萍(51)Int.Cl.H04W52/22(2009.01)H04W52/36(2009.01)H04B7/0413(2017.01)G06F17/11(2006.01)权利要求书4页说明书18页附图3页(54)发明名称面向SWIPT辅助去蜂窝大规模MIMO网络的长期功率控制方法(57)摘要本发明公开了一种面向SWIPT辅助去蜂窝大规模MIMO网络的长期功率控制方法，方法面向SWIPT辅助的CF‑mMIMO网络下的功率控制，在满足接入网络的物联网用户电池电量充足，并且关键的控制信息可达的前提下，最大化长期系统速率，通过李雅普诺夫优化理论将长期优化问题拆分成两个子优化问题，结合内点法和凸优化理论，提出了联合优化上下行功率控制因子和时隙能量控制因子的功率控制方法。本发明所提出的长期功率控制方法能够实现系统更好的速率性能以及能效性能，另一方面，在不同的调节参数下，能根据情况的不同调节速率‑能效权衡的侧重点，适合用于实际的SWIPT辅助的CF‑mMIMO网络。CN115767703ACN115767703A权利要求书1/4页1.一种面向SWIPT辅助去蜂窝大规模MIMO网络的长期功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤:构建SWIPT辅助CF‑mMIMO网络系统模型，包括均配备了N个天线的M个接入点，K个单天线物联网用户，在每个时隙中检测出用户导频信号中的活跃用户，同时，根据用户的历史电量记录以及所累计的上行数据记录，为下行数据传输，下行能量传输，以及上行信息传输过程进行功率分配，并在接下来的下行传输阶段的数据传输状态中，将功率分配的最优调度策略集传输给各个活跃用户；根据构建的SWIPT辅助CF‑mMIMO网络系统模型，以长期时段T内到所有用户可达的下行速率和所有用户达到的上行速率之和最大化为优化目标，以用户活跃状态约束、用户的控制因子约束、用户最终可获取的总能量约束、用户每次上行数据传输所消耗的能量约束、用户设备电量更新约束、用户电量队列的长期稳定性约束以及用户设备在t时刻所积累的待传输上行数据队列的长期稳定性约束为限制条件得到长期功率控制优化问题P1；根据李雅普诺夫理论，将长期功率控制优化问题P1转化为以李雅普诺夫漂移惩罚函数为目标函数的优化问题P2，将优化问题P2中各约束带入目标函数后得到优化问题P3，将优化问题P3解耦成上行优化子问题P3,ul'和下行优化子问题P3,dl'，利用凸优化解法中的内点法分别求解上行优化子问题P3,ul'和下行优化子问题P3,dl'即可得到最优调度策略集。2.根据权利要求1所述的面向SWIPT辅助去蜂窝大规模MIMO网络的长期功率控制方法，其特征在于，所述构建SWIPT辅助CF‑mMIMO网络系统模型过程中，将整个时隙间隔分为信道估计阶段、下行传输阶段和上行传输阶段，其中信道估计阶段，通过利用不同用户发射给接入点的导频序列矩阵得到AP对用户的信道估计；下行传输阶段分为下行能量传输阶段和数据传输阶段，其中下行能量传输阶段通过AP对用户的信道估计和下行能量传输控制因子得到用户最终可获取的总共能量约束，数据传输阶段通过用户所接受到的信息和SWIPT时间分割因子得到可达的下行速率；上行传输阶段通过用户的能量控制因子得到每次上行数据传输所消耗的能量以及用户设备电量更新。3.根据权利要求1所述的面向SWIPT辅助去蜂窝大规模MIMO网络的长期功率控制方法，其特征在于，所述长期功率控制优化问题P1具体表达式为：P1:s.t.C1：C2：C3：C4：C5：C6：C7：2CN115767703A权利要求书2/4页C8：C9：其中η(t)表示接入点到用户的下行能量传输控制因子，ξ(t)表示用户的上行能量控制因子，表示t时刻可达用户的下行速率，表示t时刻用户达到的上行速率，表示第k个用户的活跃状态，表示用户集，表示第m个接入点到第k个用户的下行能量传输控制因子，表示信道估计的平方值，表示第k个用户的能量控制因子，表示第k个用(t)户最终可获取的总能量，α表示SWIPT分割因子，Tc表示时隙间隔，参数ζ∈(0,1)，表示第k个用户所接收到的信号，τd表示导频序列最大长度，表示用户每次上行数据传输所消耗的能量，Tu表示上行传输时间，ρu表示每个用户的最大传输能量，表示第k个用户在时隙开始前的的电池余量，bmax表示用户的最大电量