[发明专利]基于能效最大化的多用户信能同传系统收发机设计方法

说明书

本发明公开了一种基于能效最大化的多用户信能同传系统收发机设计方法，该方法的核心思想为：利用拉格朗日松弛技术将复杂的基于能效最大化的多用户信能同传系统设计问题分解为一系列具有闭式解的子问题，即对传输总功率约束项进行等价变化，对等价的功率约束引入拉格朗日乘子得到部分拉格朗日函数和相应的对偶问题；然后利用二分法和Dinkelbach方法求解对偶问题得到最优能效；最后基站得到最大能效所对应的预编码向量并通过控制信道将接收功率分裂因子发送给用户，完成信能同传系统的收发机设计，在实现信息与能量传输的同时使得系统的能效达到最大。

技术领域

本发明涉及绿色无线通信传输技术领域，具体为多用户MISO(Multiple InputSingle Output)无线信能同传下行链路系统中能效最大化优化方案设计。

背景技术

随着无线网络技术的快速发展，射频(Radio Frequency,RF)信号由于其不仅能够传输信息同时也能传输能量的双重角色，引起了国内外各学者的极大重视。在绿色通信方面，这种技术的出现，对现阶段无线网络中较为复杂的功率能量约束问题提供了一种有效有前景的解决方案。于是人们开始着手无线信能同传系统，即既能够传输信息又能传输能量系统的研究。

然而在研究初期，现有的研究工作多以提升频谱效率为目标，对多载波、多天线系统的载波分配、功率分配，波束成形/预编码等方法进行了大量的研究，却忽略了绿色通信系统设计中一个重要的性能指标——能量效率，简称能效。能效，是指在能源利用中，发挥作用的与实际消耗的能源量之比，换句话说，是指为终端用户提供的服务与所消耗的总能源量之比，因此在绿色通信中，能效已渐渐成为无线通信特别是无线功率传输系统中的一个重要度量标准。但是，能效问题在数学上是一个非凸且高度复杂的分式问题，因此为了解决这个问题，我们设计了一种基于拉格朗日松弛(Lagrangian relaxation，LR)的波束成形方法，这种方法的基本思想是将目标函数中造成问题难的约束吸收到目标函数中，从而将问题容易分解为一系列子问题，然后通过迭代求解这些子问题最终设计好传输预编码和功率分裂因子，最终达到信息与能量同时传输的目的，即对信能同传系统的收发机设计。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于能效最大化的多用户信能同传系统收发机设计方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，一种基于能效最大化的多用户信能同传系统收发机设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)初始化如下变量：总功率约束值P_total，采集功率约束值e_k，信干噪比约束值γ_k，采集电路单元的能量转化效率ζ_k，k＝1,2,...,K；

(2)对MU-MISO无线信能同传系统下的能效最大化问题中的传输总功率约束项进行等价变化，即然后对等价的功率约束项引入拉格朗日乘子λ得到部分拉格朗日函数：

和相应的对偶问题，即：

min d(λ)

s.t.λ＞0

其中：对偶函数d(λ)表示为

根据Dinkelbach思想，将d(λ)转化为减式形式，并将相应问题分解为K个独立子问题，第k个独立子问题如下：