[发明专利]中继携能通信系统的传输速率优化方法及装置

权利要求书

1.一种多载波中继携能通信系统的传输速率优化方法，其特征在于，所述多载波中继携能通信系统由一个源端，一个具有能量收集功能和信息处理功能的中继，以及一个接收端构成；所述源端采用多个载波发送信号到所述中继，所述中继采用功率分割方法将从所述源端收集到的信号分割成两部分，一部分用于能量收集，一部分用于信号处理，所述中继利用收集到的能量将经过信号处理后的信号采用放大-转发或者解码-转发的方式，通过多载波转发到所述接收端；

所述传输速率优化方法包括：

结合源端在不同载波上的传输功率、中继在不同载波上的传输功率和中继的功率分割因子，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；

所述结合源端在不同载波上的传输功率、中继在不同载波上的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：

结合源端在不同载波上的传输功率、中继在不同载波上的传输功率和中继功率分割因子，将源端到接收端在所有载波上的传输速率优化模型描述为：

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载波n上的传输功率，表示放大-转发中继或解码-转发中继在载波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为从源端到中继的载波n的载波系数；

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表示载波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：

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：

和

其中，

2.根据权利要求1所述的多载波中继携能通信系统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：

和

3.根据权利要求2所述的多载波中继携能通信系统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。

4.根据权利要求3所述的多载波中继携能通信系统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其中，a为可调节参数，且0a1，n^*表示从源端到中继的载波中质量最好的载波；

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