基于异构小蜂窝网络能量采集效率最大化的功率分配方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109168197A(43)申请公布日2019.01.08(21)申请号201810981668.7(22)申请日2018.08.27(71)申请人重庆邮电大学地址400065重庆市南岸区南山街道崇文路2号(72)发明人樊自甫张鸿佳王正强李悦宁万晓榆(74)专利代理机构重庆市恒信知识产权代理有限公司50102代理人刘小红陈栋梁(51)Int.Cl.H04W72/04(2009.01)H02J50/20(2016.01)权利要求书4页说明书10页附图2页(54)发明名称基于异构小蜂窝网络能量采集效率最大化的功率分配方法(57)摘要本发明请求保护一种异构小蜂窝网络下无线信息与能量同传的能量采集方法，属于网络功率控制领域，通过联合优化基站的波束成形矩阵和功率分流系数(或时间切换因子)，提出一种基于SWIPT-HCN的功率分配算法，最大化系统能量采集效率。然后采用半定松弛SDR将原问题转化为凸优化问题，通过连续凸逼近SCA算法求解。该发明所得结果表明在不同信号干扰噪声比SINR、能量采集门限和宏用户MU干扰门限下，所提方法显著提高系统能量采集效率。CN109168197ACN109168197A权利要求书1/4页1.一种基于异构小蜂窝网络能量采集效率最大化的功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，在满足包括用户通信质量和能量采集在内的约束条件下，通过对小蜂窝基站的波束成形矩阵和小蜂窝用户端功率分流系数进行联合优化，建立能量采集效率最优化问题P1模型：其次，将能量采集效率最优化问题P1模型通过变量替换等效转换成优化问题P2；再次，采用半定松弛SDR将P2问题转化为凸优化问题P3；另次，通过引入一组一阶近似来处理P3中的非凸的约束条件，得到问题P4；最后，通过连续凸逼近SCA算法求解。2.根据权利要求1所述的基于异构小蜂窝网络能量采集效率最大化的功率分配方法，其特征在于，所述能量采集效率最优化问题P1模型具体为：P1：受限制于：在问题P1中，各参数定义如下：ζk∈(01)表示小蜂窝用户k经能量采集电路将射频信号转换成直流电的转化效率，表示宏基站对小蜂窝用户k的干扰噪声方差，表示小蜂窝用户k的信道噪声方差，PC表示系统的消耗功率，表示小蜂窝用户在信息解码过程中的噪声方差，K：宏蜂窝覆盖范围内随机分布小蜂窝用户总天线数量，k：宏蜂窝覆盖范围内随机分布小蜂窝用户天线数量，(k＝1,2,…,K)；m：宏蜂窝覆盖范围内随机分布的单天线用户数量，hjk：小蜂窝基站j与小蜂窝用户k间的下行信道的信道增益，hkk：小蜂窝基站k与小蜂窝用户k间的下行信道的信道增益，Nt：小蜂窝基站配有天线数量；vk：小蜂窝基站k的发射波束成形矩阵；ρk：小蜂窝用户k的功率分流系数；Pk,max：小蜂窝基站k的最大发射功率；γk：第k个用户处的信号与干扰加噪声比门限；Γk：小蜂窝用户k的能量采集门限；小蜂窝基站k与宏蜂窝用户m间的信道增益矩阵；Gkm：小蜂窝基站k与宏蜂窝用户m间的信道增益矩阵；ηm：宏蜂窝用户m能承受的最强干扰门限。3.根据权利要求2所述的基于异构小蜂窝网络能量采集效率最大化的功率分配方法，其特征在于，所述将能量采集效率最优化问题P1模型通过等效转换成优化问题P2，具体包2CN109168197A权利要求书2/4页括：定义令将问题P1等效地转化为优化问题P2：P2：受限制于：ek表示小蜂窝用户k采集到的能量，PC表示系统的消耗功率，Tr表示矩阵的迹运算，Hkk表示小蜂窝基站k与小蜂窝用户k间的下行信道的信道增益，ρk表示小蜂窝用户k的功率分流系数。4.根据权利要求3所述的基于异构小蜂窝网络能量采集效率最大化的功率分配方法，其特征在于，所述采用半定松弛SDR将P2问题转化为凸优化问题P3，具体包括：首先通过变量替换作如下处理，对于任意的k＝1,…,Ku其中，t、u、υ、xk是松弛变量，Ek表示小蜂窝用户k采集到的能量，e表示优化目标的指数形式，表示噪声功率和的指数形式，eυ表示系统的发射功耗和静态功耗的指数形式；将上述四个等效替代变量代入问题P2得问题P3：P3：受限制于：t≤eu3CN109168197A权利要求书3/4页Gkm表示小蜂窝基站k与宏蜂窝用户m间的信道增益矩阵。5.根据权利要求3所述的基于异构小蜂窝网络能量采集效率最大化的功率分配方法，其特征在于，所述通过引入一组一阶近似来处理P3中的非凸的约束条件，得到问题P4，具体包括：令为问题P3的一组可行解，表示目标函数的一阶近似值，表示系统消耗功率的一阶近似值，那么问题P3的近似问题可等价表示为P4：P4：受限制于：4CN109168197A权利要求书4/4页6.根据权利要求5所述的基于异构小蜂窝网络能量采集效率最大