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能量收集通信系统中发送功率与传输速率的在线控制算法

雷维嘉 刘美玎 雷宏江 唐宏

张嵘, 肖先赐. 任意中频带通信号多相数字下变频方法[J]. 电子与信息学报, 2003, 25(9): 1285-1289.
引用本文: 雷维嘉, 刘美玎, 雷宏江, 唐宏. 能量收集通信系统中发送功率与传输速率的在线控制算法[J]. 电子与信息学报, 2023, 45(6): 2024-2033. doi: 10.11999/JEIT220673
Zhang Rong, Xiao Xianci . Polyphase based digital downconvertion of random if signals[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2003, 25(9): 1285-1289.
Citation: LEI Weijia, LIU Meiding, LEI Hongjiang, TANG Hong. Online Control Algorithm of Power and Rate in Energy Harvesting Communication Systems[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2023, 45(6): 2024-2033. doi: 10.11999/JEIT220673

能量收集通信系统中发送功率与传输速率的在线控制算法

doi: 10.11999/JEIT220673
基金项目: 国家自然科学基金(61971080)
详细信息
    作者简介:

    雷维嘉:男,博士,教授,研究方向为无线通信和移动通信技术

    刘美玎:女,硕士生,研究方向为无线通信和物理层速率自适应技术

    雷宏江:男,博士,教授,研究方向为无线通信系统建模与分析、物理层安全

    唐宏:男,博士,教授,研究方向为计算机网络、移动通信、大数据技术与应用

    通讯作者:

    雷宏江 leihj@cqupt.edu.cn

  • 中图分类号: TN92

Online Control Algorithm of Power and Rate in Energy Harvesting Communication Systems

Funds: The National Natural Science Foundation of China (61971080)
  • 摘要: 该文针对发送端由能量收集(EH)设备供电的无线通信系统,研究在能量收集和信道状态先验信息未知的条件下,以最大化实际可达传输速率为目标的发送功率、调制方式和信道编码码率的联合优化问题。基于Lyapunov优化框架,将能量使用的长期约束转换为能量虚队列的稳定性要求,将能量使用约束下的长期时间平均实际可达传输速率最大化问题转化为单时隙的、仅依赖于当前信道状态和电池状态的“漂移加惩罚”项上界的最小化问题。优化问题通过一个高效的数值方法求解。另外还给出了基于滑动窗口的K-means聚类方法的“漂移加惩罚”中权重和电池电量虚队列偏移量两个参数的自适应调整算法。在不同能量到达随机模型下与对比算法进行了性能的仿真对比,结果表明,该文所提算法在各种能量到达模型下都能获得更高的长期平均实际可达传输速率。另外,通过与参数固定为最优情况下算法性能的对比,证明参数自适应调整算法正确、有效。
  • 图  1  系统模型

    图  2  最优发送功率搜索算法

    图  3  不同V, A初始值下的信息传输速率

    图  4  信息传输速率随时间变化情况

    图  5  电池电量轨迹

    图  6  能量到达率λ对系统性能的影响

    图  7  随机风力发电模型下的传输速率

    图  8  伯努利能量到达模型下的传输速率

    算法1 P3的求解算法
     设定参数:V, A, Peb,max;
     输入:Ω, K, δ1, δ2;
     输出:M, k, PT(t), Rb(t);
     在时隙t
     (1) for MΩ do
     (2)  将Peb,max代入式(3)求得PT,min;
     (3)  for kK do
     (4)   Pcc(t)=Pc(t)+Pm(t)+PA;
     (5)   由式(26)计算得到PT,max;
     (6)   if PT,min<PT,max
     (7)     if X(t)>0
     (8)     PT(t)=PT,max;
     (9)     else
     (10)      利用算法1搜索最优发送功率PT(t);
     (11)     end if
     (12)   else
     (13)     PT(t)=0;
     (14)   end if
     (15)  end for
     (16) end for
     (17) 选择最大目标函数对应的PT(t), M, k ;
     (18) return PT(t), M, k, Rb;
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-26
  • 修回日期:  2022-08-16
  • 网络出版日期:  2022-08-26
  • 刊出日期:  2023-06-10

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