1.一种基于异构小蜂窝网络能量采集效率最大化的功率分配方法,其特征在于,包括以下步骤:首先,在满足包括用户通信质量和能量采集在内的约束条件下,通过对小蜂窝基站的波束成形矩阵和小蜂窝用户端功率分流系数进行联合优化,建立能量采集效率最优化问题P1模型:其次,将能量采集效率最优化问题P1模型通过变量替换等效转换成优化问题P2;
再次,采用半定松弛SDR将P2问题转化为凸优化问题P3;
另次,通过引入一组一阶近似来处理P3中的非凸的约束条件,得到问题P4;
最后,通过连续凸逼近SCA算法求解。
2.根据权利要求1所述的基于异构小蜂窝网络能量采集效率最大化的功率分配方法,其特征在于,所述能量采集效率最优化问题P1模型具体为:P1:
受限制于:
在问题P1中,各参数定义如下:
ζk∈(0 1)表示小蜂窝用户k经能量采集电路将射频信号转换成直流电的转化效率,表示宏基站对小蜂窝用户k的干扰噪声方差, 表示小蜂窝用户k的信道噪声方差,PC表示系统的消耗功率, 表示小蜂窝用户在信息解码过程中的噪声方差,K:宏蜂窝覆盖范围内随机分布小蜂窝用户总天线数量,k:宏蜂窝覆盖范围内随机分布小蜂窝用户天线数量,(k=1,2,…,K);m:宏蜂窝覆盖范围内随机分布的单天线用户数量,hjk:小蜂窝基站j与小蜂窝用户k间的下行信道的信道增益,hkk:小蜂窝基站k与小蜂窝用户k间的下行信道的信道增益,Nt:小蜂窝基站配有天线数量;vk:小蜂窝基站k的发射波束成形矩阵;ρk:小蜂窝用户k的功率分流系数;Pk,max:小蜂窝基站k的最大发射功率;γk:第k个用户处的信号与干扰加噪声比门限;Γk:小蜂窝用户k的能量采集门限; 小蜂窝基站k与宏蜂窝用户m间的信道增益矩阵;Gkm:小蜂窝基站k与宏蜂窝用户m间的信道增益矩阵;ηm:宏蜂窝用户m能承受的最强干扰门限。
3.根据权利要求2所述的基于异构小蜂窝网络能量采集效率最大化的功率分配方法,其特征在于,所述将能量采集效率最优化问题P1模型通过等效转换成优化问题P2,具体包括:定义 令
将问题P1等效地转化为优化问
题P2:
P2:
受限制于:
ek表示小蜂窝用户k采集到的能量,PC表示系统的消耗功率,Tr表示矩阵的迹运算,Hkk表示小蜂窝基站k与小蜂窝用户k间的下行信道的信道增益,ρk表示小蜂窝用户k的功率分流系数。
4.根据权利要求3所述的基于异构小蜂窝网络能量采集效率最大化的功率分配方法,其特征在于,所述采用半定松弛SDR将P2问题转化为凸优化问题P3,具体包括:首先通过变量替换作如下处理,对于任意的k=1,…,K其中,t、u、υ、xk是松弛变量,Ek表示小蜂窝用户k采集到的能量,eu表示优化目标的指数形式, 表示噪声功率和的指数形式,eυ表示系统的发射功耗和静态功耗的指数形式;
将上述四个等效替代变量代入问题P2得问题P3:P3:
受限制于:t≤eu
Gkm表示小蜂窝基站k与宏蜂窝用户m间的信道增益矩阵。
5.根据权利要求3所述的基于异构小蜂窝网络能量采集效率最大化的功率分配方法,其特征在于,所述通过引入一组一阶近似来处理P3中的非凸的约束条件,得到问题P4,具体包括:令 为问题P3的一组可行解, 表示目标函数的一阶近似值,表示系统消耗功率的一阶近似值,那么问题P3的近似问题可等价表示为P4:P4:
受限制于:
6.根据权利要求5所述的基于异构小蜂窝网络能量采集效率最大化的功率分配方法,其特征在于,所述通过连续凸逼近SCA算法求解具体包括:步骤4.1:令 表示问题P4的最优波束成形矩阵和最佳功率分流系数以及问题P3的可行解;
步骤4.2:对所有的k=1,…,K,令 且令n=0,令表示第n-1次迭代的最优波束成形矩阵和最佳功率分流系数, 通过以下方程得到:步骤4.3:令
问题P4中的 分别由问题上式中的 代替,在第n此迭代中可以解决下面的凸优化问题
步骤4.4:通过步骤4.2和步骤4.3可得到上式凸优化问题的可行解计算 的值,直到
算法循环结束;
步骤4.5:针对所有的的k=1,…,K,通过分解 得到 和