[发明专利]一种数能一体化通信网络的功率控制最优化方法

摘要

本发明公开了一种数能一体化通信网络的功率控制最优化方法，包括以下步骤：S1、确定网络模型；S2、对用户上行的业务需求进行分析；S3、定义用户上行业务需求；S4、解出用户上行的最优功率控制策略；S5、对用户下行的数能同传和功率分割能量进行收集分析；S6、求解关于用户下行数能同传的目标表达式以及其约束；S7、求解出基站下行功率分配和用户最优功率分割；S8、上下行联合求解，得到用户上行功率控制的下行功率分配的最优方法。本发明的用户功率分割和基站下行功率分配需要考虑用户上行的功率控制策略，而用户上行的功率控制需要考虑用户的实际需求和用户通过功率分割基站下行数能同传信号所获取的能量限制，更加符合通信网络的实际需求。

主权项

1.一种数能一体化通信网络的功率控制最优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、确定网络模型，建立数能一体化网络中的上下行网络模型；包括以下子步骤：S11、考虑单小区的基于OFDM的数能一体化蜂窝网络，基站和用户均为单天线，基站BS以广播形式通过下行信道发送数能一体信号给M个用户(U₁，U₂，U₃，...，U_M)，用户则通过上行信道发送信息至基站；基站t时刻的发送功率p^BS(t)最大为p_peak，发送功率p^BS(t)的平均值最大为p_avg，基站的工作条件需要满足峰值和峰均值的限制；设基站与用户之间的信道为时变的衰落模型，和分别表示为用户j的下行信道和上行信道的信道增益，设信道均为瑞丽衰落信道，用户j与基站的距离为d_j(j＝1，...，M)；S12、在(0，T)的时间周期内，基站以功率p^BS(t)发送信号，用户j接收广播信号，并通过功率分割以分割因子μ_j(t)将用户下行接收到的信号能量划分成两部分，一部分作为能量收集，另一部分接收的信号能量进行解码获得相应信息；考虑用户下行收集的能量需满足用户的工作能量需求，分别针对下行的能量收集和上行的业务需求耗能建模分析；S2、对用户上行的业务需求进行分析；包括以下子步骤：S21、用户上行发送数据所需的能量来源于下行能量的接收，下行能量的接收量会影响到下行通信的性能，故期望用户上行使用较少的能量完成上行业务需求，于是定义用户j的上行业务需求为：对于一定量待发送的数据D_j，期望用户j使用最少的能量在周期T内发送完；S22、用户上行数据发送速率r(t)(bps/hz)和发送功率p(t)之间的关系表示为：其中，h(t)为用户上行信道增益，p(t)为用户发送功率；对于用户j，其t时刻上行信道增益为在(0，T)内发送数据量为于是用户j的上行发送数据需满足另外，考虑用户的能量来源主要是下行能量收集，由于基站发送功率0≤p^BS(t)≤p_peak，0≤E(p^BS(t))≤p_avg，E(p^BS(t))表示基站在(0，T)时间内平均功率；因此t时刻用户上行信道的数据发送功率需满足：S3、定义用户上行业务需求，得到关于用户上行业务需求的目标表达式以及其约束；S4、根据S3中用户上行业务需求的目标表达式以及其约束求解出用户上行的最优功率一控制策略；S5、对用户下行的数能同传和功率分割能量进行收集分析；S6、根据S5中对用户下行数能同传的分析，得到关于用户下行数能同传的目标表达式以及其约束；S7、根据用户下行数能同传的目标表达式以及其约束求解出基站下行功率分配和用户最优功率分割；S8、上下行联合求解，对于不同的用户设置不同的上行待发送业务量，然后得到关于用户上行的功率控制；针对用户上行的业务需求，用户接收到信号后进行功率分割能量，得到数能一体化网络中用户上行功率控制的下行功率分配的最优方法。