中继携能通信系统的传输速率优化方法及装置与流程

技术特征：

1.一种中继携能通信系统的传输速率优化方法，其特征在于，包括：

结合源端传输功率、中继传输功率和中继功率分割因子，将源端到接收端的传输速率优化模型建立为非凸优化模型；

采用新变量表示所述非凸优化模型中的信噪比，并通过变量替换将所述非凸优化模型转换为D.C.优化模型；

求解所述D.C.优化模型，根据求解结果以对所述传输速率进行优化。

2.根据权利要求1所述的传输速率优化方法，其特征在于，所述结合源端传输功率、中继传输功率和中继功率分割因子，将源端到接收端的传输速率优化模型转换为非凸优化模型具体为：

结合源端传输功率、中继传输功率和中继功率分割因子，将源端到接收端的传输速率优化模型描述为：

${\max }_{\mathrm{\ρ},p_{s,n},p_{r,n}}{\mathrm{\Σ}}_{n=1}^N{\log }_2(1+{\mathrm{\γ}}_n^{AF/DF})$

其中，ρ表示功率分割因子，p_s,n和p_r,n分别表示源端和中继在信道n上的传输功率，表示放大-转发中继或解码-转发中继在信道n上获得的源端到接收端的信噪比，P_s,tot表示源端总的可用功率，表示中继的能量转换效率，h_n为从源端到中继的信道n的信道系数。

3.根据权利要求2所述的传输速率优化方法，其特征在于，所述采用新变量表示所述非凸优化模型中的信噪比，并通过变量替换将所述非凸优化模型转化为D.C.优化模型包括：

通过采用新变量y_n表示信道n上的信噪比将源端到接收端的传输速率优化模型表示为：

${\max }_{\mathrm{\ρ},p_{s,n},p_{r,n},y_n}{\mathrm{\Σ}}_{n=1}^N{\log }_2\left(1+y_n\right)$

定义新的变量和采用新定义的变量替代变量将源端到接收端的传输速率优化模型转换为D.C.优化模型：

${\min }_{\widetilde{\mathrm{\ρ}},{\tilde{p}}_{s,n},{\tilde{p}}_{r,n},{\tilde{y}}_n}-\frac{1}{2}{\mathrm{\Σ}}_{n=1}^N{\log }_2(1+e^{{\tilde{y}}_n})$

和

${\min }_{\widetilde{\mathrm{\ρ}},{\tilde{p}}_{s,n},{\tilde{p}}_{r,n},{\tilde{y}}_n}-\frac{1}{2}{\mathrm{\Σ}}_{n=1}^N{\log }_2(1+e^{{\tilde{y}}_n})$

其中，

4.根据权利要求3所述的传输速率优化方法，其特征在于，所述求解所述D.C.优化模型包括：

根据凸函数的性质，将所述D.C.优化模型在可行域内的任一点进行线性化，将所述D.C.优化模型转换为凸优化模型：

${\min }_{\widetilde{\mathrm{\ρ}},{\tilde{p}}_{s,n},{\tilde{p}}_{r,n},{\tilde{y}}_n}-\frac{1}{2}{\mathrm{\Σ}}_{n=1}^N{\log }_2\left(1+e^{{\tilde{y}}_n\left(k\right)}\right)-{\mathrm{\Σ}}_{n=1}^N\frac{e^{{\tilde{y}}_n\left(k\right)}}{2\left(\ln 2\right)\left(1+e^{{\tilde{y}}_n\left(k\right)}\right)}\left({\tilde{y}}_n-{\tilde{y}}_n\left(k\right)\right)$

和

${\min }_{\widetilde{\mathrm{\ρ}},{\tilde{p}}_{s,n},{\tilde{p}}_{r,n},{\tilde{y}}_n}-\frac{1}{2}{\mathrm{\Σ}}_{n=1}^N{\log }_2(1+e^{{\tilde{y}}_n\left(k\right)})-{\mathrm{\Σ}}_{n=1}^N\frac{e^{{\tilde{y}}_n\left(k\right)}}{2\left(ln2\right)(1+e^{{\tilde{y}}_n\left(k\right)})}({\tilde{y}}_n-{\tilde{y}}_n(k\left)\right)$

5.根据权利要求4所述的传输速率优化方法，其特征在于，所述求解所述D.C.优化模型还包括：

令迭代次数k＝0，设定满足变量约束条件的初始值

将代入所述凸优化优化模型中，并求解所述凸优化模型，得到最优解和目标函数值；

令迭代次数k＝k+1，令将代入所述凸优化优化模型中，并求解所述凸优化模型，得到最优解和目标函数值；

计算相邻两步求解得到的目标函数值差值的绝对值，若所述绝对值小于等于预设精度，则所述相邻两步中的后一步中得到的解是最终解；否则，执行所述令迭代次数k＝k+1，令将代入所述凸优化模型中，并求解所述凸优化模型的最优解和目标函数值的步骤。

6.根据权利要求5所述的传输速率优化方法，其特征在于，所述设定满足变量约束条件的初始值具体为：

设定源端传输功率初始值为p_s,n(0)＝P_s,tot/N；或源端传输功率初始值p_s,n(0)＝(1-a)P_s,tot/(N-1),其中，a为可调节参数，且0<a<1，n^*表示从源端到中继的信道中质量最好的信道；

设定功率分割参数初始值ρ(0)为(0,1)中的任意值；

设定中继传输功率初始值为

设定

通过变量替换将{ρ(0),p_s,n(0),p_r,n(0),y_n(0)}转化为

7.一种中继携能通信系统的传输速率优化装置，其特征在于，包括：

模型建立模块，用于结合源端传输功率、中继传输功率和中继功率分割因子，将源端到接收端的传输速率优化模型建立为非凸优化模型；

变量替换模块，用于采用新变量表示所述非凸优化模型中的信噪比，并通过变量替换将所述非凸优化模型转换为D.C.优化模型；

处理模块，用于求解所述D.C.优化模型，根据求解结果以对所述传输速率进行优化。

8.根据权利要求7所述的传输速率优化装置，其特征在于，所述模型建立模块具体用于：

结合源端传输功率、中继传输功率和中继功率分割因子，将源端到接收端的传输速率优化模型描述为：

${\max }_{\mathrm{\&rho;},p_{s,n},p_{r,n}}{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=1}^N{\log }_2(1+{\mathrm{\&gamma;}}_n^{AF/DF})$

其中，ρ表示功率分割因子，p_s,n和p_r,n分别表示源端和中继在信道n上的传输功率，表示放大-转发中继或解码-转发中继在信道n上获得的源端到接收端的信噪比，P_s,tot表示源端总的可用功率，表示中继的能量转换效率，h_n为从源端到中继的信道n的信道系数。

9.根据权利要求8所述的传输速率优化装置，其特征在于，所述变量替换模块包括：

第一转换单元，用于通过采用新变量y_n表示信道n上的信噪比将源端到接收端的传输速率优化模型表示为：

${\max }_{\mathrm{\&rho;},p_{s,n},p_{r,n},y_n}{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=1}^N{\log }_2\left(1+y_n\right)$

第二转换单元，用于定义新的变量和采用新定义的变量替代变量{ρ,y_n,p_s,n,p_r,n}，将源端到接收端的传输速率优化模型转换为D.C.优化模型：

${\min }_{\widetilde{\mathrm{\&rho;}},{\tilde{p}}_{s,n},{\tilde{p}}_{r,n},{\tilde{y}}_n}-\frac{1}{2}{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=1}^N{\log }_2(1+e^{{\tilde{y}}_n})$

和

${\min }_{\widetilde{\mathrm{\&rho;}},{\tilde{p}}_{s,n},{\tilde{p}}_{r,n},{\tilde{y}}_n}-\frac{1}{2}{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=1}^N{\log }_2(1+e^{{\tilde{y}}_n})$

其中，

10.根据权利要求9所述的传输速率优化装置，其特征在于，所述处理模块包括：

线性单元，用于根据凸函数的性质，将所述变量替换模块得出的D.C.优化模型在可行域内的任一点进行线性化，将所述D.C.优化模型转化为凸优化模型：

${\min }_{\widetilde{\mathrm{\&rho;}},{\tilde{p}}_{s,n},{\tilde{p}}_{r,n},{\tilde{y}}_n}-\frac{1}{2}{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=1}^N{\log }_2\left(1+e^{{\tilde{y}}_n\left(k\right)}\right)-{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=1}^N\frac{e^{{\tilde{y}}_n\left(k\right)}}{2\left(\ln 2\right)\left(1+e^{{\tilde{y}}_n\left(k\right)}\right)}\left({\tilde{y}}_n-{\tilde{y}}_n\left(k\right)\right)$

和

${\min }_{\widetilde{\mathrm{\&rho;}},{\tilde{p}}_{s,n},{\tilde{p}}_{r,n},{\tilde{y}}_n}-\frac{1}{2}{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=1}^N{\log }_2\left(1+e^{{\tilde{y}}_n\left(k\right)}\right)-{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=1}^N\frac{e^{{\tilde{y}}_n\left(k\right)}}{2\left(\ln 2\right)\left(1+e^{{\tilde{y}}_n\left(k\right)}\right)}\left({\tilde{y}}_n-{\tilde{y}}_n\left(k\right)\right)$

11.根据权利要求10所述的传输速率优化装置，其特征在于，所述处理模块还包括：

初始值单元，用于令迭代次数k＝0，设定满足变量约束条件的初始值

求解单元，用于将代入所述线性单元得出的凸优化优化模型中，并求解所述凸优化模型，得到最优解和目标函数值；以及令迭代次数k＝k+1，令将代入所述线性单元得出的凸优化模型中，并求解所述凸优化模型，得到最优解和的目标函数值；

判定单元，用于计算所述求解单元求解出的相邻两步的目标函数值差值的绝对值，若所述绝对值小于等于预设精度，则第k步得到的解是最终解；否则，通知所述求解单元执行令迭代次数k＝k+1，令将代入所述线性单元得出的凸优化模型中，并求解所述凸优化模型的最优解和目标函数值。

12.根据权利要求11所述的传输速率优化装置，其特征在于，所述初始值单元具体用于：

设定源端传输功率初始值为p_s,n(0)＝P_s,tot/N；或源端传输功率初始值p_s,n(0)＝(1-a)P_s,tot/(N-1),其中，a为可调节参数，且0<a<1，n^*表示从源端到中继的信道中质量最好的信道；

设定功率分割参数初始值ρ(0)为(0,1)中的任意值；

设定中继传输功率初始值为

设定

通过变量替换将{ρ(0),p_s,n(0),p_r,n(0),y_n(0)}转化为