[发明专利]一种移动网络中基于能量自采集的能效优化方法

说明书

本发明公开了一种移动网络中基于能量自采集的能效优化方法，本发明将原始问题转化为关于具有多天线的中继节点处的发射协方差矩阵、NOMA分配系数和OPS策略中的分割系数的三个子问题，并给出一种半确定松弛方法来求解关于发射协方差矩阵的非凸子问题，同时分别采用函数的单调性确定方法和遗传方法对NOMA系数和分割系数进行求解，并对子问题的最优解采用多目标迭代方法联合优化。本方法提高了系统的能量效率，中继节点可以采集部分自身转发的信号能量。本方法采用OPS能量采集策略，考虑中继节点采集能量受限和次用户服务质量的约束，以安全能效最大化为目标对系统的资源进行优化分配。

技术领域

本发明涉及一种移动网络中基于能量自采集的能效优化方法，属于通信技术领域。

背景技术

无线通信过程中的信号传输会受到路径损耗、信道衰落以及阴影效应等因素的影响，从而导致信号通信的有效性和可靠性的降低。协作中继网络通过引入中继节点为小区边缘用户转发信号，可以有效解决无线蜂窝系统中小区边缘用户弱覆盖的问题，提高用户服务质量并能够提供良好的分集增益NOMA是下一代无线通信系统的关键技术，与时频资源只能被一个用户占用的OMA相比，允许多个用户共享时频资源的NOMA技术具有明显的性能优势，可以有效改善系统的频谱利用率，提升传输质量。因此，结合两种技术的协作NOMA系统可以很好地结合两种技术的优势，在有效提升系统频谱效率的同时保障了小区边缘用户的信号传输质量。

由于协作中继网络中设备大都采用电池供电，而电池供电容量有限、更换不方便的缺陷大大限制了系统性能的发挥。能量采集作为近年来出现的一种先进技术，通过对周围环境中的可再生资源进行收集以提供给节点必要的工作能源，延长能量受限的无线网络的生存时间，从而达到实现绿色通信的目的。除了从可再生能源，如太阳能、风能、地热能等中采集能量外，能量采集设备还可以从射频无线信号中采集能量，由此诞生一种在传输信号的同时采集信号能量的技术SWIPT，可以有效解决系统中节点的能量受限问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种移动网络中基于能量自采集的能效优化方法，研究了基于SWIPT的双向中继CR-NOMA系统，为了提高系统的能量效率，中继节点的采集部分自身转发的信号能量。在采集能量受限和服务质量的约束下，将以能效最大化为优化目标的优化问题转化为关于中继发射信号协方差矩阵，NOMA系数和分割系数的三个子问题，并给出一种半确定松弛方法来求解关于发射协方差矩阵的非凸子问题，采用黄金分割方法NOMA系数进行求解，采用遗传方法对分割系数进行求解，并对子问题的最优解采用多目标迭代方法联合优化。

为达到上述目的，本发明提供一种移动网络中基于能量自采集的能效优化方法，通过不断迭代优化并更新优化具有多天线的中继节点处的发射协方差矩阵、NOMA分配系数和OPS策略中的分割系数，使双向中继CR-NOMA系统能效达到最大化，包括：

(1)定义双向中继CR-NOMA系统的能效函数η_EE为双向中继CR-NOMA系统容量R_tot与双向中继CR-NOMA系统能耗E_tot的商，双向中继CR-NOMA系统容量R_tot定义为四个次用户SUi的信息速率之和与窃听速率R_e的差值，其中i＝1,2,3,4，双向中继CR-NOMA系统能耗E_tot定义为双向中继CR-NOMA系统消耗的能量与次用户和中继节点采集到的能量之和的差值，假设双向中继CR-NOMA系统中的两组用户与中继节点的信道条件一致，只考虑一组用户SU1和SU2，两组用户包括SU1和SU2组成的第一组用户以及SU3和SU4组成的第二组用户；