[发明专利]基于时间反演的WPCN系统的抗干扰资源分配方法

权利要求书

1.一种基于时间反演的WPCN系统的抗干扰资源分配方法，其特征在于，所述WPCN系统中的混合接入点在向用户终端发送WET信号后，继续向所述用户终端发送时间反演探测信号，所述用户终端在接收到该探测信号后向所述混合接入点发送WIT信号，所述方法包括以下步骤：

S1：把WPCN系统的混合接入点与对应的用户终端之间进行通信的一个时间周期T分成N+2个阶段，时间周期T由τ_i、α_i和1-τ_i-α_i组成，分别表示第i个用户终端对应的小区的下行WET信号传输时间、时间反演探测时间和上行WIT信号传输时间，将各用户终端对应的下行WET信号传输时间按照由小到大的顺序依次编号为第1个用户终端至第N个用户终端，系统中的用户数和小区数均为N，τ₁≤τ₂≤…≤τ_N且α₁＝α₂＝…＝α_N；

S2：计算用户终端i在第n阶段的总可达信息速率R_i[n]，n∈{3,...,N,N+1,N+2}；

S3：通过求解第一问题模型计算出时间变量τ_i和α_i的最优取值，以及下行功率分配变量p_d,j[n]及上行功率分配变量p_u,i[n]的最优取值，τ_i表示第i个用户终端所在的小区的下行WET信号传输时间，α_i表示第i个用户终端所在的小区的时间反演探测时间，p_d,j[n]表示第j个混合接入点在第n个阶段的下行传输功率，p_u,i[n]表示第i个用户在第n个阶段的上行传输的功率，i,j∈{1,2,…,N}，n∈{1,2,…,N+2}，所述第一问题模型为：

P1:

s.t.C1:

C2:p_d,j[n]≤p_peak,j,且n∈{1,2,...,j}；

C3:α_i≥s_max/c；

C4:τ₁≤τ₂≤…≤τ_N≤1，τ₀＝0，τ_N+2＝1；

其中，P1表示所述第一问题模型中待求解的目标函数，C1、C2、C3以及C4表示目标函数P1的约束条件，ψ_i表示系统中用户终端i的加权系数，E_i表示用户终端i收集到的总能量，p_peak,j为第j个混合接入点下行传输功率的峰值，s_max表示用户终端到混合接入点的最远距离，c表示信号传输速率；

S4：基于步骤S3中计算出来的最优取值设置第i个用户终端所在的小区的下行WET信号传输时间、第i个用户终端所在的小区的时间反演探测时间、第i个用户终端所在的小区的WIT信号传输时间、第j个混合接入点在第n个阶段的下行传输功率以及第i个用户终端在第n个阶段的上行传输功率；

步骤S3中通过分级逐次优化目标函数P1中变量，分别计算出时间变量τ_j和α_j、下行功率分配变量p_d,j[n]及上行功率分配变量p_u,i[n]的最优解，包括：

S301：初始化时间变量τ_i和α_i的值；

S302：初始化下行功率分配变量p_d,j[n]及上行功率分配变量p_u,i[n]的值；

S303：引入变量q_d,j[n]＝(τ_n-τ_n-1)p_d,j[n](且n∈{1,2,…,j})，以及变量q_u,i[n]＝(τ_n-τ_n-1)p_u,i[n](且n∈{i+2,…,N+2})，变量W_i,n表示第i个用户终端在第n个时间阶段的正加权变量，变量U_i,n表示第i个用户终端在第n个时间阶段的MMSE接收变量，e_i,n表示第i个用户终端在第n个时间阶段信号传输的均方误差，将步骤S3中的第一问题模型转化为第二问题模型：

P2:

s.t.C5:

C6:q_d,j[n]≤(τ_n-τ_n-1)p_peak,j,

其中，q_d,j[n]表示τ_n-τ_n-1这个时间段第j个H-AP下行发送的能量，q_u,i[n]表示τ_n-τ_n-1这个时间段第i个用户终端上行发送的能量，P2表示第二问题模型中待求解的目标函数，C5及C6表示目标函数P2的约束条件；

表示U_i,n的共轭转置矩阵，h_ii表示第i个混合接入点与第i个用户终端之间的下行信道冲激响应，表示第i个用户终端和第i个混合接入点之间的上行等效信道，β表示WET信号的衰减系数，σ²表示信号噪声的方差，[L-1]表示第L-1条多径，[l′]表示除第L-1条多径外的其余多径，表示第i个混合接入点与第i个用户终端的经时间反演后的上行等效信道，表示第k个混合接入点与第i个用户终端的经时间反演后的上行等效信道的第l条多径，q_tr,i[n]表示第i个用户终端对应的混合接入点在时间反演探测阶段下的下行发送能量，g_ik[l]表示第k个混合接入点与第i个用户之间下行信道的第l条多径，q_d,k[n]表示第k个混合接入点在第n个时间阶段下的下行发送能量，编号1～n₀的用户终端处于WIT信号传输状态，编号n₀+1～n₁的用户终端处于时间反演探测状态，编号n₁+1～N的用户终端处于WET信号传输状态，1≤n₀＜n₁≤N；

S304：将设置的时间变量τ_i和α_i、下行功率分配变量p_d,j[n]及上行功率分配变量p_u,i[n]的值代入所述第二问题模型中计算出局部优化的变量W_i,n的最优值和MMSE接收变量U_i,n的最优值其中，

且n∈{i+2,…,N+1}；

S305：将和代入第三问题模型中，计算出第三问题模型中目标函数P3的拉格朗日函数中变量q_d,j[n]和变量q_u,i[n]的值，第三问题模型为：

P3:

s.t.C7:

C8:q_d,j[n]≤(τ_n-τ_n-1)p_peak,j,

其中，P3表示第三问题模型中待求解的目标函数，C7和C8表示目标函数P3的约束条件，

目标函数P3的拉格朗日函数为：

其中，Re{·}表示复数的实部，表示第s个用户终端和第i个用户终端之间的信道；

S306：将步骤S305中计算出的变量q_d,j[n]和变量q_u,i[n]的值代入第四问题模型中，结合内点法计算第四问题模型中目标函数P4的最优解第四问题模型为：

P4:

s.t.C9:q_d,j[n]≤(τ_n-τ_n-1)p_peak,j,

其中，P4表示所述第四问题模型中待求解的目标函数，C9表示目标函数P4的约束条件，μ_i为第i个用户终端关于约束条件C9的非负对偶变量；

S307：将步骤S306中求出的变量μ_i的最优解代入S305中，求出变量q_d,j[n]的最优解和变量q_u,i[n]的最优解并根据和判断目标函数P3是否达到收敛条件，如是，转至S308，否则转至S302重新设置行功率分配变量p_d,j[n]及上行功率分配变量p_u,i[n]的值；

S308：将步骤S307求出的最优解和代入目标函数P1中，对目标函数P1对应的目标优化问题进行转化处理得到待求解的目标函数P5：其中，

ε＝[ε₁,ε₂,…,ε_N+1]^T，ε_i＝τ_i+1-τ_i；

目标函数P5满足以下约束条件：

s.t.C10:α_i≥s_max/c；

C11:

S309：利用内点法求解目标函数P5得到时间变量τ_i和α_i当前对应的最优解和基于和判断目标函数P1是否达到收敛条件，如是，转至S310，否则，转至S301重新设置时间变量τ_i和α_i的值；

S310：得到时间变量τ_i、α_i、下行功率分配变量p_d,j[n]及上行功率分配变量p_u,i[n]的最优设置值。