[发明专利]非对称双向中继系统中的能量效率优化方法

权利要求书

1.非对称双向中继系统中的能量效率优化方法，包括：

(1)获取非对称双向中继系统中两个用户设备A、B的和速率R_tot(P)：

(1a)分别计算第一用户设备A的速率R_A(P)和第二用户设备B的速率R_B(P)：

(1b)计算第一用户设备A与第二用户设备B的和速率：

R_tot(P)＝R_A(P)+R_B(P)，

其中，P＝[P_A,P_B,P_R]为发送功率向量，P_A、P_B和P_R分别表示用户设备A、B和中继R的发送功率；

(2)计算非对称双向中继系统的能量效率η_EE(P)，并提出以能量效率最大化为目标的初始优化问题P1：

(2a)根据两个用户设备A、B的和速率R_tot(P)，计算系统的能量效率η_EE(P)＝R_tot(P)/P_tot(P)；

其中P_tot(P)＝(P_A+P_B+P_R)/ε+P_c为系统的总功率，为系统中电路消耗功率，r＝[R_A,R_B]为两个用户设备A、B的速率向量，为静态的电路消耗功率，为动态的电路消耗功率，ε∈(0,1]为功率放大效率；

(2b)根据系统的能量效率η_EE(P)，构建以能量效率最大化为目标的初始优化问题P1：

(P1)

其中R_th,i表示用户设备i在单位带宽下的最低传输速率，P_T为两个用户设备A、B和中继R的总发送功率阈值；

(3)根据两个用户设备A、B的速率R_A(P)和R_B(P)，将初始优化问题P1重写为二次优化问题P2：

(P2)

其中表示用户设备B的发送功率，P_R(r,P_A)表示中继R的发送功率，g_i＝|h_i|²，h_A表示第一用户设备A到中继R的信道增益，h_B表示第二用户设备B到中继R的信道增益，表示两个用户设备A、B和中继R的总发送功率；

(4)将二次优化问题P2转化为内层优化问题P3_Inner和外层优化问题P3_Outter：

确定二次优化问题P2的自变量优化顺序，即首先优化第一用户设备A的发送功率P_A，再优化速率向量r，则获得将第二优化问题P2转化为内层优化问题P3_Inner和外层优化问题P3_Outter：

(P3_Inner)

(P3_Outter)

其中，分别为第一用户设备A、第二用户设备B和中继R以速率向量r为自变量的最优发送功率，为以速率向量r为自变量的最优总发送功率；

(5)获得内层优化问题P3_Inner的最佳目标函数值

(5a)根据内层优化问题P3_Inner为凸规划的特性，通过使用Karush-Kuhn-Tucker条件，获得第一用户设备A的发送功率最优解

(5b)将分别带入步骤(3)的式P_R(r,P_A)、P_B(r,P_A)中，获得中继R、第二用户设备B在内层优化问题P3_Inner下的发送功率最优解

(5c)根据(5a)和(5b)结果计算内层优化问题P3_Inner的最佳目标函数值

(6)获得外层优化问题P3_Outter中系统的最佳速率r^*：

(6a)根据外层优化问题P3_Outter为非线性分式规划的特性，通过使用非线性分式规划定理，将外层优化问题P3_Outter转化为三次优化问题P4：

(P4)

其中q为任意非负参数；

(6b)对于任意给定的非负参数q，通过凸优化方法，获得三次优化问题P4的最优速率向量和最优目标函数值F^*(q)＝min{F(r,q)|r∈Ξ}，其中Ξ表示三次优化问题P4的速率约束区域；

(6c)令F^*(q)＝0，得到F^*(q)的零点值q^*＝{q|F^*(q)＝0}，q^*即为系统的最佳能量效率值；

(6d)将系统的最佳能量效率值q^*带入最优速率向量r^*(q)中，获得系统的最佳速率r^*＝r^*(q^*)；

(7)将系统的最佳速率r^*分别带入步骤(5)的式和中，分别得到系统中两个用户设备A、B和中继R的最佳功率分配值和