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申请/专利权人：上海海事大学

摘要：本发明涉及一种用于无线中继通信系统的资源优化分配方法，所述方法包括以下步骤：步骤S1、构建基于三节点两跳通信模型的无线中继通信系统；步骤S2、第一传输节点和第二传输节点完成一轮信息交换后，分别计算无线中继通信系统的传输容量以及能量消耗，以最大化单位能量消耗效所传输的信息比特数为优化目标，构建联合资源分配模型；步骤S3、采用Dinkelbach算法与变量轮换迭代优化算法嵌套进行求解联合资源分配模型，得到三个节点的最优传输功率以及中继节点的最优功率分割因子α；将求解得到的最优变量输入至所述无线中继通信系统进行资源优化分配。与现有技术相比，本发明的方法具有能量利用率高、求解复杂度低的优点。

主权项：1.一种用于无线中继通信系统的资源优化分配方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤S1、构建基于三节点两跳通信模型的无线中继通信系统；其中，所述三节点两跳通信模型包括第一传输节点、第二传输节点以及中继节点；所述第一传输节点和第二传输节点均为配备单天线的半双工节点；所述第一传输节点与第二传输节点之间无直接传输链路；所述中继节点为能量受限节点，且采用无线携能通信技术中的功率分割因子将接收信号分割两部分，以分别用于能量收集与信息解码；步骤S2、第一传输节点和第二传输节点完成一轮信息交换后，分别计算无线中继通信系统的传输容量以及能量消耗，以最大化单位能量消耗所传输的信息比特数为优化目标，构建受限条件下的联合资源分配模型；其中，优化变量包括第一传输节点的传输功率、第二传输节点的传输功率、中继节点的传输功率以及中继节点的功率分割因子；步骤S3、采用基于Dinkelbach算法的变量轮换迭代优化算法求解联合资源分配模型，得到受限条件下第一传输节点、第二传输节点、中继节点的最优传输功率，以及中继节点的最优功率分割因子α；将求解得到的最优变量输入至所述无线中继通信系统进行资源优化分配；所述步骤S2具体包括以下子步骤：步骤S21、第一传输节点与第二传输节点在完成一轮信息交换后，根据香农公式给出无线中继通信系统的传输容量Ct和能量消耗Et，数学表达式分别为： 式中，W为带宽；γ1与γ2分别为第一传输节点、第二传输节点处的信噪比；P1、P2、Pr分别为第一传输节点、第二传输节点以及中继节点处的传输功率；α为中继节点的功率分割因子，将中继节点接受信号中的α比例部分用于信息解码，1-α比例部分用于能量收集；Psc为第一传输节点和第二传输节点处的电路功率之和，μ为功率放大器的效率，二者都是常数；步骤S22、定义单位能量消耗所传输的信息比特数为优化目标，给出在存在双向最低传输任务、中继节点R进行能量收集EH的最低要求以及最大传输功率受限条件下的联合资源分配模型；其中，优化变量包括第一传输节点的传输功率、第二传输节点的传输功率、中继节点的传输功率以及中继节点的功率分割因子；所述联合资源分配模型的具体为：目标函数： 约束条件： 0≤{P1,P2,Pr}≤PmaxEh≥Pr+Prcα∈[0,1]式中，Prc为中继节点处电路功率消耗；C1、C2、Cmin分别为第一传输节点处传输容量、第二传输节点处传输容量以及整个传输系统最小传输容量要求；Pmax为传输功率上限；Eh为中继节点处的收集能量，表达式为Eh＝β1-αP1+P2+δ2，其中，常数β为能量收集效率，δ2为噪声方差；所述步骤S3中采用基于Dinkelbach算法的变量轮换迭代优化算法求解联合资源分配模型，得到第一传输节点的传输功率、第二传输节点的传输功率、中继节点的最优传输功率以及中继节点的最优功率分割因子α，具体包括以下子步骤：步骤S31、初始化优化变量以及迭代次数k1＝0；步骤S32、从除功率分割因子以外的优化变量中，任选一个作为Dinkelbach算法的优化参数，求解得到当前迭代下该参数的最优解；遍历除功率分割因子以外的优化变量，得到当前迭代下的最优解步骤S33、根据功率分割因子α的优化表达式，计算 步骤S34、重复步骤S32～步骤S33，直至算法收敛；所述步骤S32中从除功率分割因子以外的优化变量中，任选一个作为Dinkelbach算法的优化参数，求解得到当前迭代下该参数的最优解，具体包括以下子步骤：步骤S321、设置偏差量∈，并初始化迭代次数k2＝0以及目标分式函数步骤S322、求解优化函数其中，优化参数x为优化变量中的任一变量，S为优化变量集合；fx、gx、分别为优化变量x对应的目标函数的分子、分母以及商；步骤S323、根据分式规划，将目标分式函数转化为优化函数下标opt代表最优解；步骤S324、更新目标分式函数步骤S325、如果则结束当前求解过程；否则，令k2←k2+1，重复步骤S322～步骤S324，进入下一轮循环。

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