[发明专利]一种基于能效最优的月球空间站功率分配方法及装置

权利要求书

1.一种基于能效最优的月球空间站功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：综合考虑月球空间站网络节点的QoS需求，以及同频信道的干扰容限，建立最大化系统能效的优化问题；

步骤B：基于流表的数据转发策略，月球空间站获得网络中各接入节点的信道增益信息；

步骤C：为了降低算法复杂度，将原整型规划问题转化为凸优化问题；

步骤D：通过路径跟踪法，获得最优解的功率分配策略。

2.根据权利要求1所述的一种基于能效最优的月球空间站功率分配方法，其特征在于，步骤A包括如下步骤：

步骤A1：定义月球空间站网络系统子信道信干噪比，在月球空间站网络中，将飞船与航天员视为与空间站相连的用户，其组成集合为F，则个数为F＝|F|，假设月球空间站网络采用正交频分多址作为用户的多址接入方式，可用子信道数为N，信道带宽为¨f，定义用户U_f在信道n上的信干噪比为：

式中，为空间站给U_f在信道n上分配的下行传输功率，为空间站与U_f之间的信道增益，其他占用信道n的用户上行功率为为U_i与U_f之间在信道n上的信道增益，同频干扰为1_R为噪声功率；

步骤A2：定义月球空间站网络系统能效，令为子信道分配指示标记，当子信道n分配给U_f时，否则，通过适当的调制和编码方案，用户吞吐量与接收端的SINR之间存在映射关系，单个用户在各个子信道上获得的归一化传输速率为：

空间站总的下行传输速率为：

其中，Γ和S分别为由元素和组成的向量；

则空间站下行通信链路的能效为：

能效定义为单位能量所传输的信息位数，其量纲为bits/Joule，分母代表了空间站单位时间消耗的能量，为其中，μ_I为发射端的功率放大器效率，为空间站向U_f发送数据时，发射机和接收机的所有其他电路块中的固有消耗功率，包括混频器、滤波器、A/D和D/A转换器；

步骤A3：建立月球空间站系统能效最优化模型，考虑到分配给各个用户子信道上的最大干扰容限，在保证QoS同时，为了最大化系统整体的能效，建立整型规划模型：

其中，式(a)给出了目标函数，通过优化变量和从而最大化系统下行链路的通信能效；式(b)确保了每个接入网络中的用户所能获得的传输速率；式(c)和式(d)定义了子信道n上的下行功率的范围；式(e)给出了在子信道n上第i个用户的干扰容限；式(f)表明任意一个子信道最多被一个用户占用；式(g)说明是一个二值变量。

3.根据权利要求2所述的一种基于能效最优的月球空间站功率分配方法，其特征在于，步骤C包括如下步骤：

将步骤A3的原非凸优化问题转化为凸优化问题，对非凸约束进行松弛，即转化为此时，无线信道资源被分成时频资源块，通过时分方式进行复用，则步骤A3的优化问题可以转化为参数化的凸优化问题，即：

公式(b)-公式(g)

其中，比例系数θ≥0；

由此，通过将步骤A3的原非凸优化问题转化为凸优化问题，可以求得凸优化问题的最优解，即原问题的次优解，从而实现联合调度和功率分配。