[发明专利]非对称双向中继系统中的能量效率优化方法

说明书

本发明公开了一种非对称双向中继系统中的能量效率优化方法，主要解决现有最佳功率分配方法能量效率低的问题。其技术方案包括：获取非对称双向中继系统中两个用户设备的和速率；提出以能量效率最大化为目标的初始优化问题；根据两个用户设备的速率，将初始优化问题重写为二次优化问题；再将二次优化问题转化为内层优化问题和外层优化问题，并获得该内、外层优化问题的最优解；最后，根据内、外层优化问题的最优解得到两个用户设备和中继的最佳功率分配。本发明完善了现有电路消耗功率模型，且能量效率优化方法计算复杂度低，实现简单，可用于非对称双向中继系统的数据传输。

技术领域

本发明属于移动通信系统技术领域，尤其涉及了一种中能量效率优化方法，可用于非对称双向中继系统。

背景技术

随着移动互联网、物联网的逐渐兴起，爆炸式增长的移动数据流量和海量的设备连接致使能耗成本不断上升、生态环境日益恶化，绿色通信技术由此而备受关注。作为衡量通信系统能耗的绿色指标，能量效率成为了当今的研究热点。为了克服传统中继技术时隙浪费、谱效低的缺陷，双向中继信道TWRC被引入。在TWRC系统中，两终端节点通过中继实现数据交互，当中继节点对收到的信号仅作放大转发AF处理时，可将两终端实现一次信息交互的时隙数由传统中继的4个减少至2个，显著提升了频谱效率。

当前，双向中继系统中能效优化方面的研究着重考虑天线发送数据时消耗的能量，并取得了一些科研成果。以最大化能效为目标，Huang R等在Wireless Communicationsand Networking Conference Workshops.FRA:IEEE,2012:7-11上的文章“Energyefficient design in AF relay networks with bidirectional asymmetric traffic”提出最佳的联合中继选择及功率分配的节能方案。在满足用户速率需求和发送能耗约束下，Li Q等在14th International Conference on Communication Technology.China:IEEE,2012:929–934上的文章“Tradeoff Between Energy Efficiency And SpectralEfficiency In Two-Way Relay Network”中优化了分布式波束赋形ANC系统的链路级能量效率。这些研究考虑的是传统的长距传输场景，此时发送能量占系统总能量消耗的绝大部分，因此在建立总能耗模型时仅考虑发送能耗，忽略电路能耗。

随着终端密度增大，终端间的间距逐渐减小，电路能耗接近于发送能耗甚至大于发送能耗，如：在感知网络，总能耗模型必须考虑电路能耗。Wang T等在IEEE Transactionson Communications,2013,61(12):4910–4921上的文章“On the Optimum EnergyEfficiency for Flat-fading Channels with Rate-dependent Circuit Power”中在短距的点到点传输场景中考虑电路能耗，并将电路能耗建模为两个部分：静态电路能耗即独立于传输速率的电路能耗、动态电路能耗即依赖于传输速率的电路能耗，其中动态电路能耗为传输速率的凸递增函数。现有的电路能耗模型，如：常数、传输速率线性函数，均为其特例。该文章提出了能效最大化下的最佳功率分配方案，但是该方案考虑的仅仅是点到点直链的传输场景。