异构蜂窝网络中基于SWIPT的功率控制方法.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CN108235419A(43)申请公布日2018.06.29(21)申请号201810040984.4(22)申请日2018.01.16(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)发明人樊自甫李悦宁王正强万晓榆张鸿佳(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(51)Int.Cl.H04W52/14(2009.01)H04W52/24(2009.01)H04W52/26(2009.01)权利要求书3页说明书6页附图3页(54)发明名称异构蜂窝网络中基于SWIPT的功率控制方法(57)摘要本发明请求保护一种异构蜂窝网络中基于SWIPT的功率控制方法，包括：初始化系统参数；根据系统场景建立最大化能效优化模型，并将该模型转化为基站的功率控制问题，通过变量替换将原问题转化为基站发射功率-用户端功率分流系数间的联合优化问题；然后在固定用户端功率分流系数ρk的情况下，采用基于拉格朗日乘子的次梯度方法求解，根据KKT条件得到基站的最优功率控制方案最后根据所得的功率控制方案并结合二分法得到系统的最优能效值本发明的最优功率控制方法不仅可以提升蜂窝系统能效，还能有效解决移动设备能量受限问题，在实践方面具有一定的指导意义。CN108235419ACN108235419A权利要求书1/3页1.一种异构蜂窝网络中基于SWIPT的功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)、初始化系统参数，建立最大化系统能效优化模型，并将该最大化能效优化模型转化为基站发射功率-用户端功率分流系数间的联合优化问题，并通过数学构造和变量替换等方法将原问题做等价转化，使其在数学处理上得到简化；2)、然后，在固定用户端功率分流系数ρk的情况下，采用拉格朗日对偶原理求解，并根据KKT条件得到并将所得的代入原问题，采用同样的方法得到用户端的最优功率分流系数值3)、最后根据所得的基站最优发射功率值和用户端最优功率分流系数值并结合二分法得到系统的最优能效值2.根据权利要求1所述的异构蜂窝网络中基于SWIPT的功率控制方法，其特征在于，所述步骤1)初始化系统参数包括：包括Ptotal，rp，rλ，其中，表示宏基站到小蜂窝用户的信道增益，表示宏基站对小蜂窝用户的干扰信号功率，表示信息解码引入的噪声功率，表示接收端天线噪声功率，Ptotal表示小蜂窝基站最大总发射功率，rp表示功率收敛门限，rλ表示能效收敛门限。3.根据权利要求2所述的异构蜂窝网络中基于SWIPT的功率控制方法，其特征在于，所述步骤1)最大化系统能效定义为小蜂窝系统和速率-小蜂窝基站总发射功率间的比值，表示为其中，表示Rk表示第K个小蜂窝的系统容量，Pc表示基站的静态功耗，vk表示小蜂窝基站的发射波束成形矩阵，SINRk表示第K个小蜂窝用户的信号干扰和噪声比，γk表示第K个小蜂窝用户的最低QoS阈值，Ek表示第K个小蜂窝用户采集到的能量，ek表示第K个小蜂窝用户的最低能量采集阈值。4.根据权利要求3所述的异构蜂窝网络中基于SWIPT的功率控制方法，其特征在于，所述步骤3)通过数学构造和变量替换将原问题转化为小蜂窝基站发射功率-用户端功率分流系数间的联合优化问题具体包括：令hK表示小蜂窝基站到K个小蜂窝用户的信道增益，为零空间的正交基，fk没有实际的意义，通过变量替换使问题得到简化表示为2CN108235419A权利要求书2/3页其中，W表示系统带宽，ρk表示用户k的功率分流系数，ζk表示用户k的能量转化效率，η表示宏用户的最低QoS阈值，表示用户k的接收端天线噪声功率。5.根据权利要求4所述的异构蜂窝网络中基于SWIPT的功率控制方法，其特征在于，所述步骤2)采用拉格朗日对偶方法将原问题转化为等价无约束优化问题，原问题的拉格朗日对偶函数表示为其中，αk，βk，υk表示相对应的拉格朗日乘子，则原问题可转化为等价无约束优化问题，表示为在固定功率分流系数ρk的情况下，令根据KKT条件可得小蜂窝基站的功率控制方案，表示为然后采用次梯度迭代方法更新拉格朗日乘子，表示为3CN108235419A权利要求书3/3页通过迭代得到小蜂窝基站的最优功率控制方案6.根据权利要求5所述的异构蜂窝网络中基于SWIPT的功率控制方法，其特征在于，所述步骤3)将最优功率控制方案代入原问题，采用相同的方法可以得到用户端的最优功率分流系数并采用分式规划理论，将和代入下式最后采用二分法求解系统可得系统最优能效值，F(λ)是分式规划理论的目标函数，即要找到一个λ，使得F(λ)＝0。4CN108235419A说明书1/6页异构蜂窝网络中基于SWIPT的功率控制方法技术领域[0001]本发明属于异构蜂窝网络中功率控制技术领域，具