[发明专利]一种D2D多中继协同通信优化方法、系统及电子设备

权利要求书

1.一种D2D多中继协同通信优化方法，其特征在于，包括：

步骤a：获取多中继协同通信系统的信道状态信息和能量状态信息，其中，所述信道状态信息包括数据发送端到各能量中继节点之间的信道状态信息、各能量中继节点到数据接收端之间的信道状态信息、各能量中继节点到移动通信设备之间的信道状态信息；

步骤b：所述数据发送端基于多中继协同通信系统的信道状态信息和能量状态信息，分别计算各能量中继节点的波束成形因子以及时隙分割值；

步骤c：所述数据发送端将波束成形因子以及时隙分割值分别传输至对应的能量中继节点。

2.根据权利要求1所述的D2D多中继协同通信优化方法，其特征在于，所述步骤a还包括：根据所述信道状态信息和能量状态信息分别计算与D2D用户设备能量收集速率和信道状态相关的第一矩阵以及第二矩阵；其中，第一矩阵用于描述信号，第二矩阵用于描述噪声。

3.根据权利要求2所述的D2D多中继协同通信优化方法，其特征在于，在所述步骤b中，所述分别计算各能量中继节点的波束成形因子以及时隙分割值还包括：设置波束成形因子以及时隙分割值的初始化变量。

4.根据权利要求3所述的D2D多中继协同通信优化方法，其特征在于，在所述步骤b中，所述计算各能量中继节点的波束成形因子以及时隙分割值具体为：基于设置的初始化变量以及与D2D用户设备能量收集速率和信道状态相关的第一矩阵和第二矩阵，通过迭代求解半正定规划问题逼近单调优化问题的最优解，计算各能量中继节点的波束成形因子以及时隙分割值。

5.根据权利要求4所述的D2D多中继协同通信优化方法，其特征在于，所述通过迭代求解半正定规划问题逼近单调优化问题的最优解，计算各能量中继节点的波束成形因子以及时隙分割值具体包括：

步骤b1：将D2D多中继协同通信优化问题描述为一个联合优化变量时隙分割t和信噪比γ，并计算最优吞吐量的问题：

设置移动通信设备的误差容忍门限值ε为10^-5，Ω为(t,γ)构成的集合：

在上述公式中：

表示在信道z条件下，信号干扰φ(t,x)大于噪声容忍门限值的最大概率不高于设定的阈值η，表示在信道z条件下的最大概率，代表随机变量z的概率分布，φ(t,x)为移动通信设备受到的干扰，t表示时隙分割值，x表示波束成形因子，为移动通信设备对干扰的噪声容忍门限值；

表示信噪比γ的变化范围，代表信噪比γ的上限，是由每个能量中继节点波束成形系数组成的向量；表示分割的时隙中信号传递和能量收集时间之比，A为第一矩阵，B为第二矩阵，w表示各个能量中继节点的能量接收时间，Θ表示时隙分割值t和波束成形因子x组成的联合变量的一组取值；

为确定(t,γ)可行域的边界，初始化一个多边形集合P_k及其顶点集V_k，使得多边形集合P₀足以覆盖整个可行集Ω，并设P₀的顶点集V₀为其中γ_max为当且x∈[0,1]时γ的最大可能值；

步骤b2：判断是否成立，如果成立，执行步骤b3；其中，k为迭代次数，为第k次迭代后产生的全局最优的上界，为第k次迭代后产生的全局最优的下界；

步骤b3：设置k为k+1，并更新其中，z_k是顶点集V_k-1中使得吞吐量r(v)具有最大值的顶点，V_k-1为第k-1次迭代后的顶点集，v是顶点集V_k中的一个点，代表一组联合变量(t,γ)，r(v)代表自变量为v时的吞吐量；

步骤b4：判断z_k∈Ω是否成立，如果成立，执行步骤b5；如果不成立，执行步骤b6；其中，z_k为步骤b3得到的使得吞吐量r(v)具有最大值的顶点；

步骤b5：设置全局最优的下界最优解z*＝z_k，并执行b7；

步骤b6：运用二分法找到z_k在集合Ω上的映射o_k＝s_kz_k，若z_k在集合Ω上的映射o_k使得此时的吞吐量不小于下界即则设置下界最优解z*＝o_k；其中，S_k为第k次迭代时的比例因子，r(o_k)表示当自变量取o_k时的吞吐量；否则，更新顶点集V_k并构建新的多边形集合

步骤b7：判断是否成立，如果成立，返回步骤b3；如果不成立，执行步骤b8；

步骤b8：根据最优解z*获取各能量中继节点的波束成形因子x以及时隙分割值t；其中，最优解z*即顶点集V_K中使得吞吐量r(v)最大的顶点v，即此时的联合变量(t,γ)的值，γ和x具有的对应关系为根据该对应关系计算出各能量中继节点的波束成形因子x以及时隙分割值t。