[发明专利]异构蜂窝网络中基于SWIPT的功率控制方法

说明书

本发明请求保护一种异构蜂窝网络中基于SWIPT的功率控制方法，包括：初始化系统参数；根据系统场景建立最大化能效优化模型，并将该模型转化为基站的功率控制问题，通过变量替换将原问题转化为基站发射功率‑用户端功率分流系数间的联合优化问题；然后在固定用户端功率分流系数ρ_k的情况下，采用基于拉格朗日乘子的次梯度方法求解，根据KKT条件得到基站的最优功率控制方案最后根据所得的功率控制方案并结合二分法得到系统的最优能效值本发明的最优功率控制方法不仅可以提升蜂窝系统能效，还能有效解决移动设备能量受限问题，在实践方面具有一定的指导意义。

技术领域

本发明属于异构蜂窝网络中功率控制技术领域，具体是异构蜂窝网络中基于SWIPT的功率控制方法。。

背景技术

随着移动通信的快速发展及智能手机的广泛普及，蜂窝网络能耗日益加剧；另一方面，目前依然采用容量有限的电池给网络设备供电，但在实际通信场景中存在一些特殊的环境，例如安插在敌军战场中的传感器，植入人体内的医疗芯片等，我们无法经常为这些设备更换电池，或通过有线的方式对其进行充电，这大大降低了设备的使用寿命。目前，主要有两种方法来解决上述问题，第一，通过资源分配及优化算法来提升系统能效；第二，采用新型能源为网络设备供电，例如无线信息和能量同传(Simultaneously WirelessInformation and Power Transfer,SWIPT)技术，SWIPT采用辐射电磁波的方式传输能量，同时可以传输信息，更为重要的是，电磁波受外界干扰较小，能稳定的为网络设备供能。

近年来，对蜂窝系统的功率控制研究受到了广泛关注，相关文献如下：

L.R.Varshney在《2008IEEE International Symposium on InformationTheory,Toronto,2008:1612-1616.》上发表了题为“Transporting information andenergy simultaneously”的文章。该文章针对点到点的单天线系统研究了无线能量和信息并行传输的折中问题，但在未来通信中，单天线系统很难满足用户对高数据速率的需求。

Shi等人在《IEEE Transactions on Wireless Communications,2014,13(6):3269-3280》上发表了题为“Joint Transmit Beamforming and Receive Power Splittingfor MISO SWIPT Systems”的文章。作者研究了多用户MISO SWIPT下行系统的无线能量和信息同时传输问题，在考虑SINR和最小能量采集等约束下，最小化基站总发射功率，并采用半定松弛求解。但是，在研究场景中作者没有考虑小蜂窝基站对宏用户的干扰，这与实际蜂窝网络存在一定差距，因为运营商更关心宏用户的通信质量。

由相关研究可知，为了给用户提供长期可靠的通信服务，延长网络设备的使用寿命，需要合理控制基站的发射功率及对用户端功率分流系数进行优化。本发明基于异构蜂窝网络，同时结合SWIPT技术对基站的发射功率及功率分流系数进行联合优化。首先根据研究场景建立能效优化模型，然后采用变量替换对原问题进行等价转化，最后采用拉格朗日对偶原理和二分法得到基站的最优功率控制方案和最佳功率分流系数。因此，提出了一种异构蜂窝网络中基于SWIPT的功率控制方法。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种在保护用户通信质量及能量采集门限的前提下，可以得到小蜂窝基站的最优功率控制方案及用户端的最佳功率分流系数的方法。本发明的技术方案如下：

一种异构蜂窝网络中基于SWIPT的功率控制方法，其包括以下步骤：

1)、初始化系统参数，建立最大化系统能效优化模型，并将该最大化能效优化模型转化为基站发射功率-用户端功率分流系数间的联合优化问题，并通过数学构造和变量替换等方法将原问题做等价转化，使其在数学处理上得到简化；