本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種基于能量采集中繼站的異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)功率指派方法。

背景技術(shù)：

為了滿足當(dāng)今無線通信迅速增長的數(shù)據(jù)速率和更高覆蓋質(zhì)量的需求，并顯著提升蜂窩網(wǎng)絡(luò)性能，3GPP在LTE-Advanced的標(biāo)準(zhǔn)化中提出了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(Heterogeneous Network)技術(shù)。在此背景下，各種手持終端如智能手機(jī)、智能平板、電紙書、谷歌眼鏡、智能手表、智能手環(huán)等出現(xiàn)了爆炸式的增長。據(jù)Cisco公司最新數(shù)據(jù)顯示，截至2014年，全球人均擁有1部移動(dòng)終端設(shè)備；以現(xiàn)在的增長速度估測在2018年，全球移動(dòng)設(shè)備總數(shù)將達(dá)到100億，即人均1.4部。為了同時(shí)容納服務(wù)這些日益增長的移動(dòng)終端，未來蜂窩網(wǎng)絡(luò)必須支持海量鏈接。與此同時(shí)，智能終端憑借其強(qiáng)大的硬件計(jì)算能力、特有的便攜特性和豐富的智能應(yīng)用程序(例如即時(shí)通訊、社交網(wǎng)絡(luò)、在線游戲、視頻服務(wù)、高速下載等，正慢慢取代個(gè)人臺(tái)式電腦成為主流的用戶終端設(shè)備和主要的數(shù)據(jù)來源。與此同時(shí)，移動(dòng)數(shù)據(jù)流量正以年均61％的速度增長，預(yù)計(jì)2018年全球每月將產(chǎn)生15.9艾字節(jié)的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量，是2013年的12倍。這急速增長的數(shù)據(jù)流量無疑給蜂窩通信系統(tǒng)產(chǎn)生了越來越高的寬帶通信需求。為了應(yīng)對(duì)爆炸式增長的移動(dòng)負(fù)載需求，運(yùn)營商們部署越來越多的宏基站(密集部署)、引入新型的微基站，并配套地增加數(shù)據(jù)中心等設(shè)施。在更好服務(wù)用戶的同時(shí)，這也直接導(dǎo)致了蜂窩網(wǎng)絡(luò)能耗的快速增加。除此之外，一些實(shí)時(shí)服務(wù)應(yīng)用如在線游戲和視頻電話等對(duì)蜂窩網(wǎng)絡(luò)提出了更高的延時(shí)性能需求。例如，當(dāng)時(shí)延大于100ms時(shí)，用戶將無法正常運(yùn)行在線游戲應(yīng)用。

歸結(jié)起來，異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)能夠極大的滿足當(dāng)前和將來的無線通信需求，但同時(shí)也引出了幾個(gè)函待解決的問題：

1)蜂窩用戶的速率最優(yōu)化問題一直是重中之重，需要在保證當(dāng)前約束條件下最大化用戶的網(wǎng)絡(luò)速率；

2)蜂窩網(wǎng)絡(luò)能耗的增加，針對(duì)無線終端發(fā)射功率控制問題，如果能夠采用太陽能等可再生資源，對(duì)節(jié)能環(huán)保工作的開展意義重大；

3)針對(duì)時(shí)延性能的需要越來越迫切，用戶需要在基本時(shí)延的限制下最大化網(wǎng)絡(luò)接入速率。

中國專利申請(qǐng)?zhí)?01510315070.0，公開日2015年9月2日，公開了一份名稱為蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中D2D用戶速率最大化的功率分配方法，其包括以下步驟：進(jìn)行初始化操作；蜂窩用戶檢測干擾，生成定價(jià)因子，并廣播給每個(gè)D2D用戶；D2D用戶根據(jù)蜂窩用戶廣播的定價(jià)因子確定發(fā)射功率，進(jìn)行信息的傳輸；各D2D用戶接收各蜂窩用戶廣播的定價(jià)因子，判斷是否更新功率，直至達(dá)到閾值D2D用戶停止功率更新。該功率分配方法，可以實(shí)現(xiàn)在蜂窩用戶干擾容忍約束下D2D用戶速率最優(yōu)的目的。

中國專利申請(qǐng)?zhí)?01510975325.6，公開日2016年5月11日，公開了一份名稱為一種蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源分配方法，其包括以下步驟：基于用戶業(yè)務(wù)需求確定初始帶寬分配策略；確定MBS與第i個(gè)FBS共享頻譜部分的最大傳輸速率；建模破產(chǎn)博弈模型，確定MBS及FBS分配速率；基于FBS效用函數(shù)優(yōu)化確定局部帶寬及功率分配策略；重復(fù)上述步驟，直到算法收斂，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)合帶寬及功率優(yōu)化分配。方法可以有效保障異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)宏用戶及家庭基站用戶QoS需求，實(shí)現(xiàn)頻譜資源共享，提高頻譜利用率和網(wǎng)絡(luò)綜合 性能。

中國專利申請(qǐng)?zhí)?01510233567.8，公開日2015年9月16日，公開了一份名稱為中繼協(xié)同異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)D2D通信資源分配方法，其包括求得當(dāng)蜂窩用戶n采取Q(n)通信模式時(shí)，D2D通信在頻段n上所能達(dá)到的最大可達(dá)速率閾值，判斷D2D通信選取的頻譜資源能否滿足系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量需求；聯(lián)合分配蜂窩用戶n采取通信模式Q(n)時(shí)D2D通信在頻段n上分配到的可達(dá)速率目標(biāo)，并確認(rèn)蜂窩用戶n的通信模式Q(n)；求系統(tǒng)總發(fā)送功率。相比于傳統(tǒng)的資源分配方法，本方法能夠在保證蜂窩用戶和D2D用戶可達(dá)速率的同時(shí)節(jié)約系統(tǒng)的總功耗，更能符合綠色通信的要求。

總的來說，申請(qǐng)?zhí)?01510315070.0的公開材料考慮了用戶的網(wǎng)絡(luò)速率最大化的問題，但是并沒有充分考慮時(shí)延限制的要求。申請(qǐng)?zhí)?01510975325.6的公開材料考慮了Qos需求，但是沒有考慮節(jié)約系統(tǒng)總能耗的因素。申請(qǐng)?zhí)?01510233567.8的公開材料考慮節(jié)約系統(tǒng)總能耗的因素，但是并有考慮時(shí)延的限制，也并沒有考察可再生能源的替代方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有的蜂窩異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)未充分考慮時(shí)延限制、可再生能源的節(jié)能方案、輔助中繼站的問題，本發(fā)明提出一種基于能量采集中繼站的異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)功率指派方法，在綜合考慮時(shí)延約束條件下，結(jié)合可再生能源的節(jié)能方案，輔助能量采集中繼站的協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)，最大化用戶網(wǎng)絡(luò)性能。

為解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種基于能量采集中繼站的異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)功率指派方法，包括：

步驟1：系統(tǒng)場景分析，問題歸結(jié)；

考慮一個(gè)經(jīng)典的三節(jié)點(diǎn)場景，場景中有一個(gè)能量采集的基站B，一個(gè)能量采集的中繼站R和一個(gè)目標(biāo)通信蜂窩用戶U，能量采集基站B和蜂窩用戶U之間的有直達(dá)路徑，中繼站R選用DF工作方式，一個(gè)傳輸過程包括N個(gè)數(shù)據(jù)塊，能量采集基站B和中繼R占用相等的帶寬W，考慮該場景下的能量采集基站B和中繼站R的功率指派問題；

假設(shè)用于能量采集的電池容量足夠大，用于傳輸消耗的能量可以忽略不計(jì)，在傳輸每一次的數(shù)據(jù)塊時(shí)總的能量約束方程必須滿足：

其中：P_B(i)表示能量采集基站B發(fā)送第i個(gè)數(shù)據(jù)塊時(shí)分配的功率，E_B(i)表示能量采集基站B在i個(gè)傳輸時(shí)隙內(nèi)采集到的功率，P_R(i+1)表示中繼站R在第i+1個(gè)時(shí)隙轉(zhuǎn)發(fā)第i個(gè)數(shù)據(jù)塊時(shí)分配的功率，E_R(i+1)表示中繼站R在第i+1個(gè)傳輸時(shí)隙內(nèi)采集到的功率，信道的輸入輸出關(guān)系滿足：

其中，x_b(i)和x_r(i+1)分別表示能量采集基站B在第i個(gè)時(shí)隙以及中繼站R在第i+1個(gè)時(shí)隙發(fā)送的信號(hào)，y_br(i)表示中繼站R在第i個(gè)時(shí)隙的接收信號(hào)，y_bu(i)和y_ru(i+1)分別 表示蜂窩用戶U在第i個(gè)時(shí)隙以及第i+1個(gè)時(shí)隙的接收信號(hào)，h_br表示能量采集基站B和中繼站R之間的信道功率增益，h_bu表示能量采集基站B和蜂窩用戶U之間的信道功率增益，h_ru表示中繼站R和蜂窩用戶U之間的信道功率增益，n_r(i)表示中繼站R在第i時(shí)隙的接收信號(hào)噪聲，n_u(i)和w_u(i+1)分別表示蜂窩用戶U在第i時(shí)隙以及第i+1時(shí)隙的接收信號(hào)噪聲，能量采集基站B和中繼站R之間，能量采集基站B和蜂窩用戶U之間以及中繼站R和蜂窩用戶U之間的接收信噪比分別滿足：

γ_br(i)＝P_B(i)h_br,γ_bu(i)＝P_B(i)h_bu,γ_ru(i+1)＝P_R(i+1)h_ru.

其中，γ_br(i)表示能量采集基站B和中繼站R之間第i時(shí)隙的接收信噪比，γ_bu(i)和γ_ru(i+1)分別表示蜂窩用戶U在第i時(shí)隙以及第i+1時(shí)隙的接收信噪比，定義新的能量采集基站B和中繼站R的能量和功率曲線為：

由此可以獲得新的信道增益的表達(dá)式如下：

據(jù)此，我們重新改寫信道模型的表達(dá)式如下：

步驟2：系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立；

在DF中繼的傳輸模式下，當(dāng)?shù)趇個(gè)數(shù)據(jù)塊被傳輸時(shí)，必須滿足：

R(i)≤C(P_B(i))

其中R(i)表示第i時(shí)隙的速率，C(P_B(i))表示第i時(shí)隙的容量，下一個(gè)數(shù)據(jù)塊i+1傳輸?shù)臅r(shí)間內(nèi)，同樣需要滿足：

R_B(i+1)≤C(P_R(i+1)),R(i)≤C(h₀P_B(i))+R_B(i+1)≤C(h₀P_B(i))+C(P_R(i+1)).

其中C(P_R(i+1))表示第i+1時(shí)隙的容量，R_B(i+1)表示中繼站R第i+1時(shí)隙的分割速率，由此我們得到第i個(gè)數(shù)據(jù)塊傳輸時(shí)的可達(dá)速率：

R(i)＝min{C(P_B(i)),C(h₀P_B(i))+C(P_R(i+1))}

考慮一個(gè)N個(gè)數(shù)據(jù)塊的傳輸過程，可以歸結(jié)出平均吞吐量最大化的最優(yōu)化問題如下：

步驟3:設(shè)置i＝1，判斷當(dāng)i≤N時(shí)，跳轉(zhuǎn)至步驟4，否則跳轉(zhuǎn)至步驟7算法結(jié)束；

步驟4:分別計(jì)算i_b,0、i_r,0、和如下：

其中，表示能量采集基站B在第i時(shí)隙預(yù)分配的發(fā)射功率，表示中繼站R在第i+1時(shí)隙預(yù)分配的發(fā)射功率，i_b,0和i_r,0分別表示能量采集基站B以及中繼站R的能量耗盡時(shí)隙，表示能量采集基站B在第i個(gè)時(shí)隙發(fā)射信號(hào)以前剩余的功率，表示中繼站R在第i+1個(gè)時(shí)隙發(fā)射信號(hào)以前剩余的功率，且滿足

其中，和分別表示基站B在第i時(shí)隙以及中繼站R在第i+1時(shí)隙的最優(yōu)發(fā)射功率；

步驟5:比較判斷是就跳至步驟6，否就跳至步驟7；

步驟6：分別計(jì)算

同時(shí)設(shè)置i＝i_b,0+1，跳至步驟7；

步驟7：算法結(jié)束，輸出和獲得該場景下的能量采集基站B和中繼站R的功率指派問題的最優(yōu)解。

進(jìn)一步的，所述步驟5還包括：

比較判斷是就跳至步驟6，否就跳至步驟A，跳至步驟A以后算法不結(jié)束，進(jìn)一步深入尋優(yōu)，所述算法步驟包括：

步驟A：計(jì)算

其中：i_b,k表示從i_b,k-1往后的第一個(gè)基站B的功率轉(zhuǎn)折點(diǎn)，表示相應(yīng)的基站B的功率分配方案，同樣的，i_r,p表示從i_r,p-1往后的第一個(gè)中繼站R的功率轉(zhuǎn)折點(diǎn)，表示相應(yīng)的中繼站R的功率分配方案；

步驟B：判斷是否存在k₀滿足

是就跳至步驟C1，否就跳至步驟7，其中k₀表示中繼站R的功率變化時(shí)隙；

步驟C1：計(jì)算

其中：j_b表示針對(duì)k₀基站B的功率變化時(shí)隙，表示相應(yīng)的功率分配方案；

步驟C2：判斷是否滿足

滿足跳至步驟C3，不滿足跳至步驟C4；同時(shí)設(shè)置i＝j(luò)_b+1，

步驟C3：計(jì)算新的更精確的功率分配方案

同時(shí)設(shè)置i＝min{k₀,i_b,0}+1；則

步驟C4：計(jì)算，同時(shí)設(shè)置i＝i_b，0+1，跳至步驟7。

進(jìn)一步的，所述步驟2還包括：利用凸優(yōu)化理論中的拉格朗日定理和KKT條件，將優(yōu)化問題進(jìn)行凸優(yōu)化處理，所述優(yōu)化問題P1轉(zhuǎn)化成：

寫出最優(yōu)化問題P2的拉格朗日形式：

其中，μ_k,λ_k,γ_i,η_i+1表示拉格朗日因子。

進(jìn)一步的，所述優(yōu)化問題P2的拉格朗日形式中的拉格朗日因子μ_k,λ_k,γ_i,η_i+1的迭代更新方法采用次梯度算法，所述次梯度算法的迭代更新方程是：

其中μ_k(n),λ_k(n),γ_i(n),η_i+1(n)分別表示第n次迭代的拉格朗日因子， 分別表示相應(yīng)的迭代步長。

進(jìn)一步的，所述次梯度算法迭代更新方程的迭代步長可以設(shè)置成：

有益效果：

相對(duì)比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明充分考慮可再生能源的環(huán)保方案，結(jié)合中繼站的協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)功能，采用能量采集中繼站協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，最大化用戶網(wǎng)絡(luò)性能，同時(shí)考慮能量采集的因果限制條件，更加合理充分利用可再生能源，節(jié)約能耗；

(2)本發(fā)明針對(duì)特殊的應(yīng)用場景，來源實(shí)際應(yīng)用，場景設(shè)置細(xì)致、合理，更有實(shí)踐指導(dǎo)意義；

(3)本發(fā)明考慮在時(shí)延限制條件下的系統(tǒng)性能最優(yōu)問題，達(dá)到時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)速率的折中，保證蜂窩用戶滿足業(yè)務(wù)所需時(shí)延限制下的最佳網(wǎng)絡(luò)性能；

(4)本發(fā)明針對(duì)最優(yōu)化問題的求解，采用凸優(yōu)化處理，轉(zhuǎn)化優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)，不經(jīng)過近似計(jì)算，不影響問題的精度的同時(shí)極大的降低的計(jì)算復(fù)雜度，減少系統(tǒng)開銷產(chǎn)生的時(shí)延；

(5)本發(fā)明尋優(yōu)采用拉格朗日乘子方法，尋優(yōu)速度快，算法迭代過程中采用次梯度方法，并選用漸進(jìn)步長，尋優(yōu)更加精確；

(6)本發(fā)明的功率指派方法，算法設(shè)計(jì)合理，易于實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)場景架構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例一

一種基于能量采集中繼站的異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)功率指派方法，包括以下步驟：

步驟1:系統(tǒng)場景分析，問題歸結(jié)：

本發(fā)明考慮一個(gè)基于能量采集中繼站的異構(gòu)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)典的三節(jié)點(diǎn)場景，針對(duì)特殊的應(yīng)用場景，來源實(shí)際應(yīng)用，場景設(shè)置細(xì)致、合理，更有實(shí)踐指導(dǎo)意義。場景中有一個(gè)能量采集的基站BS(簡記為B)，一個(gè)能量采集的中繼站Relay(簡記為R)和一個(gè)目標(biāo)通信蜂窩用戶User(簡記為U)，考慮能量采集基站B和蜂窩用戶U之間的有直達(dá)路徑，可以通過中繼站R協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)，中繼站R選用解碼轉(zhuǎn)發(fā)(Decode Forward，簡記為DF)工作方式，一個(gè)傳輸過程包括N個(gè)數(shù)據(jù)塊，假設(shè)能量采集基站B和中繼R占用相等的帶寬W，只考慮該場景下的能量采集基站B和中繼站R的功率指派問題。

同時(shí)假設(shè)用于能量采集的電池容量足夠大，用于傳輸消耗的能量可以忽略不計(jì)，在傳輸每一次的數(shù)據(jù)塊時(shí)總的能量約束方程必須滿足：

其中：P_B(i)表示能量采集基站B發(fā)送第i個(gè)數(shù)據(jù)塊時(shí)分配的功率，E_B(i)表示能量采集基站B在i個(gè)傳輸時(shí)隙內(nèi)采集到的功率，針對(duì)能量采集基站B在第i個(gè)時(shí)隙發(fā)送的數(shù)據(jù)塊i，中繼站R接收后在第i+1個(gè)時(shí)隙進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，i＝1,2,…,N，P_R(i+1)表示中繼站R在第i+1個(gè)時(shí)隙轉(zhuǎn)發(fā)第i個(gè)數(shù)據(jù)塊時(shí)分配的功率，E_R(i+1)表示中繼站R在第i+1個(gè)傳輸時(shí)隙內(nèi)采集到的功率，本發(fā)明充分考慮可再生能源的環(huán)保方案，結(jié)合中繼站的協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)功能，采用能量采集中繼站協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，最大化用戶網(wǎng)絡(luò)性能，同時(shí)考慮能量采集的因果限制條件，更加合理充分利用可再生能源，節(jié)約能耗。場景下信道的輸入輸出關(guān)系滿足：

其中，x_b(i)和x_r(i+1)分別表示能量采集基站B在第i個(gè)時(shí)隙以及中繼站R在第i+1個(gè)時(shí)隙發(fā)送的信號(hào)，y_br(i)表示中繼站R在第i個(gè)時(shí)隙的接收信號(hào)，y_bu(i)和y_ru(i+1)分別表示蜂窩用戶U在第i個(gè)時(shí)隙以及第i+1個(gè)時(shí)隙的接收信號(hào)，h_br表示能量采集基站B和中繼站R之間的信道功率增益，h_bu表示能量采集基站B和蜂窩用戶U之間的信道功率增益，h_ru表示中繼站R和蜂窩用戶U之間的信道功率增益，n_r(i)表示中繼站R在第i時(shí)隙的接收信號(hào)噪聲，n_u(i)和w_u(i+1)分別表示蜂窩用戶U在第i時(shí)隙以及第i+1時(shí)隙的接收信號(hào)噪聲。根據(jù)上述假設(shè)，能量采集基站B和中繼站R之間，能量采集基站B和蜂窩用戶U之間以及中繼站R和蜂窩用戶U之間的接收信噪比分別滿足：

γ_br(i)＝P_B(i)h_br,

γ_bu(i)＝P_B(i)h_bu,

γ_ru(i+1)＝P_R(i+1)h_ru.

其中，γ_br(i)表示能量采集基站B和中繼站R之間第i時(shí)隙的接收信噪比，γ_bu(i)和γ_ru(i+1)分別表示蜂窩用戶U在第i時(shí)隙以及第i+1時(shí)隙的接收信噪比，定義新的能量采集基站B和中繼站R的能量和功率曲線為：

由此可以獲得新的信道增益的表達(dá)式如下：

據(jù)此，我們重新改寫信道模型的表達(dá)式如下：

y_br(i)＝x_b(i)+n_r(i)

y_ru(i+1)＝x_r(i+1)+w_u(i+1)

步驟2:系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立：

我們考慮DF中繼的傳輸模式，當(dāng)?shù)趇個(gè)數(shù)據(jù)塊被傳輸時(shí)，必須滿足：

R(i)≤C(P_B(i))

其中R(i)表示第i時(shí)隙的速率，C(P_B(i))表示第i時(shí)隙的容量，下一個(gè)數(shù)據(jù)塊i+1傳輸?shù)臅r(shí)間內(nèi)，同樣需要滿足：

R_B(i+1)≤C(P_R(i+1))

R(i)≤C(h₀P_B(i))+R_B(i+1)≤C(h₀P_B(i))+C(P_R(i+1))

其中C(P_R(i+1))表示第i+1時(shí)隙的容量，R_B(i+1)表示中繼站R第i+1時(shí)隙的分割速率，由此我們得到第i個(gè)數(shù)據(jù)塊傳輸時(shí)的可達(dá)速率：

R(i)＝min{C(P_B(i)),C(h₀P_B(i))+C(P_R(i+1))}。

我們考慮一個(gè)N個(gè)數(shù)據(jù)塊的傳輸過程，可以歸結(jié)出平均吞吐量最大化的最優(yōu)化問題如下：

其中，目標(biāo)函數(shù)中的1/2表明是采用半雙工中繼協(xié)議，1/(N+1)表明N個(gè)數(shù)據(jù)塊的傳輸需要N+1個(gè)傳輸時(shí)隙。我們進(jìn)一步分析最優(yōu)化問題P1:

優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)是最大化優(yōu)化變量是

{P_B(i)}{P_R(i+1)}，約束條件是其中

P_B(i)≥0,P_R(i+1)≥0,i＝1,...N.

表示能量采集基站B的發(fā)射功率必須要滿足能量采集的因果 關(guān)系限制，表示中繼站R的發(fā)射功率必須要滿足能量采集的因果關(guān)系限制，P_B(i)≥0,P_R(i+1)≥0,i＝1,...N.表示能量采集基站B和中繼站R的功率分配不能為負(fù)數(shù)。

步驟3:設(shè)置i＝1，判斷當(dāng)i≤N時(shí)，跳轉(zhuǎn)至步驟4，否則跳轉(zhuǎn)至步驟7算法結(jié)束。

步驟4:分別計(jì)算i_b,0、i_r,0、和如下：

其中，表示能量采集基站B在第i時(shí)隙預(yù)分配的發(fā)射功率，表示中繼站R在第i+1時(shí)隙預(yù)分配的發(fā)射功率，i_b,0和i_r,0分別表示能量采集基站B以及中繼站R的能量耗盡時(shí)隙，表示能量采集基站B在第i個(gè)時(shí)隙發(fā)射信號(hào)以前剩余的功率，表示中繼站R在第i+1個(gè)時(shí)隙發(fā)射信號(hào)以前剩余的功率，且滿足

其中，和分別表示基站B在第i時(shí)隙以及中繼站R在第i+1時(shí)隙的最優(yōu)發(fā)射功率。

步驟5:比較判斷是就跳至步驟6，否就跳至步驟7。

步驟6：分別計(jì)算

同時(shí)設(shè)置i＝i_b,0+1，跳至步驟7。

步驟7：算法結(jié)束，輸出和獲得該場景下的能量采集基站B和中繼站R的功率指派問題的最優(yōu)解。

實(shí)施例二

+在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，我們進(jìn)一步改進(jìn)，增加考慮時(shí)延約束下的資源分配問題。本發(fā)明考慮在時(shí)延限制條件下的系統(tǒng)性能最優(yōu)問題，達(dá)到時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)速率的折中，保證蜂窩用戶滿足業(yè)務(wù)所需時(shí)延限制下的最佳網(wǎng)絡(luò)性能。具體來說，前文所述步驟5還包括：

比較判斷是就跳至步驟6，否就跳至步驟A，跳至步驟A以后算法不結(jié)束，進(jìn)一步深入尋優(yōu)，優(yōu)化問題求解更加精確；

步驟A：計(jì)算

其中：i_b,k表示從i_b,k-1往后的第一個(gè)基站B的功率轉(zhuǎn)折點(diǎn)，表示相應(yīng)的基站B的功率分配方案，同樣的，i_r,p表示從i_r,p-1往后的第一個(gè)中繼站R的功率轉(zhuǎn)折點(diǎn)，表示相應(yīng)的中繼站R的功率分配方案。

步驟B：判斷是否存在k₀滿足

是就跳至步驟C1，否就跳至步驟7，其中k₀表示中繼站R的功率變化時(shí)隙。

步驟C1：計(jì)算

其中：j_b表示針對(duì)k₀基站B的功率變化時(shí)隙，表示相應(yīng)的功率分配方案。

步驟C2：判斷是否滿足

滿足跳至步驟C3，不滿足跳至步驟C4；同時(shí)設(shè)置i＝j(luò)_b+1。

步驟C3：計(jì)算新的更精確的功率分配方案

同時(shí)設(shè)置i＝min{k₀,i_b,0}+1；則

步驟C4：計(jì)算，同時(shí)設(shè)置i＝i_b，0+1，跳至步驟7。

實(shí)施例三

在本發(fā)明實(shí)施例一和實(shí)施例二的基礎(chǔ)上，我們進(jìn)一步改進(jìn)，針對(duì)最優(yōu)化問題的求解，采用凸優(yōu)化處理，轉(zhuǎn)化優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)，不經(jīng)過近似計(jì)算，不影響問題的精度的同時(shí)極大的降低的計(jì)算復(fù)雜度，減少系統(tǒng)開銷產(chǎn)生的時(shí)延。

具體來說，所述步驟2還包括：凸優(yōu)化處理，利用凸優(yōu)化理論中的拉格朗日定理和KKT條件，可以將優(yōu)化問題進(jìn)行凸優(yōu)化處理，優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化成：

我們進(jìn)一步分析最優(yōu)化問題P2:

優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)是最大化

優(yōu)化變量是P_B(i)和P_R(i+1)，

約束條件是

P_B(i)≥0,P_R(i+1)≥0,i＝1,...N.

其中表示能量采集基站B的發(fā)射功率必須要滿足能量采集的因果關(guān)系限制，表示中繼站R的發(fā)射功率必須要滿足能量采集的因果關(guān)系限制，P_B(i)≥0,P_R(i+1)≥0,i＝1,...N.表示能量采集基站B和中繼站R的功率分配不能為負(fù)數(shù)。更進(jìn)一步，我們可以寫出最優(yōu)化問題P2的拉格朗日形式，

其中，μ_k,λ_k,γ_i,η_i+1表示拉格朗日因子。

實(shí)施例四

實(shí)施例三的求解可以采用經(jīng)典的內(nèi)點(diǎn)法，但是計(jì)算起來復(fù)雜度高，計(jì)算時(shí)間長。在本發(fā)明在實(shí)施例三的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改進(jìn)，尋優(yōu)采用拉格朗日乘子方法，尋優(yōu)速度快，算法迭代過程中采用次梯度方法，并選用漸進(jìn)步長，尋優(yōu)更加精確。

具體來說，所述優(yōu)化問題P2的拉格朗日形式中的拉格朗日因子μ_k,λ_k,γ_i,η_i+1的迭代更新方法采用次梯度算法，復(fù)雜度更低，更有效率，所述次梯度算法的迭代更新方程是

其中μ_k(n),λ_k(n),γ_i(n),η_i+1(n)分別表示第n次迭代的拉格朗日因子， 分別表示相應(yīng)的迭代步長。

所述迭代步長可以設(shè)置成：

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。