[发明专利]一种能量收集通信系统功率和调制方式在线联合控制方法

权利要求书

1.一种能量收集通信系统功率和调制方式在线联合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)每时隙源节点从周围环境中收集能量用于向目的节点发送信息，对通信系统建模，以最大发送功率限制、电池存储电量对发送功率的限制和电池电量变化为约束条件，以最大化传输速率为目标，构造优化问题，所述优化问题为：

s.t.0≤P(t)≤P_d,max

0≤ΔtP(t)≤E_S(t)

M∈Θ

N≥N_CRC

其中，表示单位带宽上正确传输的信息数据比特的速率，N_info为平均一帧传输的信息比特数，L为符号长度，T_S为符号周期，B为传输带宽，T为传输时长，E[·]为期望运算，P_eb为误比特率，P_d,max为最大发送功率约束；0≤ΔtP(t)≤E_S(t)为电池存储电量约束，Δt为一个时隙长度；M为调制阶数，Θ为可选用的调制方式的集合；数据帧长度N满足N≥N_CRC；为长期电量约束，分别为平均每时隙存储进电池的电能和平均发送功率；

(2)利用Lyapunov优化框架，源节点的电池电量加偏移后得到虚队列，再将传输速率的负值作为惩罚项，构建漂移加惩罚项，将受约束的最大化长期平均传输速率的优化问题转化为最小化漂移加惩罚项，具体为：

将源节点的电池电量加一个偏移量后作为能量虚队列：

X(t)＝E_S(t)-A

式中，A为偏移量，E_S(t)为时隙t开始时电池的电量；

二次Lyapunov函数为

则Lyapunov漂移为

漂移加惩罚项为Δ(X(t))-VE[R_b(t)|X(t)]

式中E[R_b(t)]是优化的目标，即平均传输速率，其负值为惩罚项，V是漂移和惩罚项之间的权重；

优化问题转化为最小化漂移加惩罚项，即

(3)将最小化漂移加惩罚项转化为最小化漂移加惩罚项的上界，将优化问题转换为

(4)根据能量到达及信道状态做出决策，寻找发送功率、调制方式、帧长的最优组合，即求解优化目标函数的最优解，具体为：

令J(P(t),M,N)＝P(t)X(t)+VR_b(t)为优化目标函数，根据调制方式数量有限，将优化问题改为在给定的调制方式下以最大化J(P(t),N|M)为目标优化发送功率P(t)和帧长N；最后选择使J(P(t),M,N)最大的M及其对应的P(t)、N为最优解。

2.根据权利要求1所述一种能量收集通信系统功率和调制方式在线联合控制方法，其特征在于：所述优化发送功率P(t)和帧长N具体如下：

当X(t)≥0时，目标函数单调递增，P(t)应取最大值P_d,max，在P(t)＝P_d,max时计算得到误比特率P_eb，代入目标函数对N的偏导公式中，并求其为0的解，即最优帧长N；

当X(t)＜0时，最优P(t)、N的解应是目标函数J(P(t),N|M)的极值点，即应由两个偏导数为0构成的方程组的解。