本發(fā)明涉及無線通信，具體為一種混合場景下通感一體化低功耗方法。

背景技術(shù)：

1、未來的6g網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對(duì)于通信和感知能力的需求不斷增加。諸如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、智慧城市、數(shù)字孿生、智能工廠和自動(dòng)駕駛等創(chuàng)新應(yīng)用正呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。這些應(yīng)用依賴于無線信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和環(huán)境感知，因此對(duì)于更加高效的通信和能量傳輸技術(shù)的需求日益迫切。然而，傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)存在能源消耗大、資源利用率低的問題，尤其是隨著用戶數(shù)量的增加，通信系統(tǒng)對(duì)于能量的需求愈發(fā)突出。

2、與此同時(shí)，對(duì)于不同廠家生產(chǎn)可進(jìn)行能量收集的設(shè)備，實(shí)際場景中往往同時(shí)存在著能量分割協(xié)議和功率分割協(xié)議的能量收集用戶，通信用戶不僅需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，還需要進(jìn)行環(huán)境感知。因此，如何在這種復(fù)雜的混合場景下，實(shí)現(xiàn)低功耗的通感一體化方法成為當(dāng)前研究的關(guān)鍵問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種混合場景下通感一體化低功耗方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題，

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種混合場景下通感一體化低功耗方法，包括以下步驟：

4、步驟s1：構(gòu)建初始優(yōu)化問題，以最小化混合場景下通感一體化系統(tǒng)的功耗為目標(biāo)，且以通信最小速率需求、不同設(shè)備能量收集最小需求、不同目標(biāo)方向上感知功率的差值，以及用戶能量收集的功率分割因子和時(shí)間分割因子為約束，優(yōu)化基站發(fā)射波束wk、vm和用于能量收集的功率分割因子βk和時(shí)間分割因子tm；其中wk是基站對(duì)第k個(gè)功率分割能量收集協(xié)議用戶的波束成形向量，其中vm是基站對(duì)第m個(gè)時(shí)間分割能量收集協(xié)議用戶的波束成形向量，k＝1,2,…,k，m＝1,2,…,m，k和m分別是混合場景下功率分割能量收集協(xié)議和時(shí)間分割能量收集協(xié)議用戶總數(shù)。

5、步驟s2：引入輔助變量將初始優(yōu)化問題等價(jià)轉(zhuǎn)化為新的表述形式，其中，(·)h表示矩陣的共軛轉(zhuǎn)置。

6、步驟s3：根據(jù)步驟s2中轉(zhuǎn)換得到的問題，利用半定松弛技術(shù)，舍去關(guān)于矩陣和矩陣的秩約束。

7、步驟s4：由于固定tm時(shí)，步驟s3中問題為凸問題，采用一維搜索tm，求解問題的最優(yōu)解。

8、步驟s5：將得到的最優(yōu)解記為并進(jìn)行cholesky分解，得到最優(yōu)的發(fā)射波束和用戶能量收集的相關(guān)因子，

9、進(jìn)一步的，在所述步驟s1中，初始優(yōu)化問題構(gòu)建如下：

10、優(yōu)化目標(biāo)為：最小化

11、約束條件為：

12、

13、

14、|p(θp)-p(θq)|≤pdiff，

15、0＜βk＜1，0＜tm＜1，m＝1,2,…,m，k＝1,2,…,k

16、其中，||·||表示矢量的二范數(shù)，log2(·)表示以2為底的對(duì)數(shù)，|·|表示取模值，hk表示基站到第k個(gè)功率分割能量收集協(xié)議用戶的信道向量，分別表示功率分割能量收集協(xié)議用戶接收機(jī)的噪聲功率和能量分割處的噪聲功率，表示第k個(gè)功率分割能量收集協(xié)議用戶的最小通信速率需求，gm表示基站到第m個(gè)時(shí)間分割能量收集協(xié)議用戶的信道向量，分別表示時(shí)間分割能量收集協(xié)議用戶接收機(jī)的噪聲功率和能量分割處的噪聲功率，表示第m個(gè)時(shí)間分割能量收集協(xié)議用戶的最小通信速率需求，表示第k個(gè)功率分割能量收集協(xié)議用戶的最小能量收集需求，表示第m個(gè)時(shí)間分割能量收集協(xié)議用戶的最小能量收集需求，為非線性能量收集模型，其中，a，b為常數(shù)，pmax表示用戶設(shè)備能最大收集的能量。表示在角度θ處的波束強(qiáng)度，a(θ)是基站天線陣列在θ感知方向的角度，a(θ)＝[1,ejπsinθ,…,ejπ(n-1)sinθ]，n表示基站發(fā)射天線數(shù)量，e為自然底數(shù)，j為虛數(shù)單位，l為雷達(dá)感知方向數(shù)目，pdiff表示不同感知方向波束強(qiáng)度差值約束。

17、進(jìn)一步的，在所述步驟s2中，引入輔助變量，將初始優(yōu)化問題等價(jià)轉(zhuǎn)化為如下問題：

18、優(yōu)化目標(biāo)為：最小化

19、約束條件為：

20、

21、|p(θp)-p(θq)|≤pdiff，

22、0＜βk＜1，0＜tm＜1，m＝1,2,…,m，k＝1,2,…,k

23、wk±0，vm±0，m＝1,2,…,m，k＝1,2,…,k

24、rank(wk)＝1，rank(vm)＝1，m＝1,2,…,m，k＝1,2,…,k

25、其中，pin(·)為enlr(pin)的逆函數(shù)，tr(·)表示矩陣的跡，x±0表示x為半正定矩陣，rank(·)表示矩陣求秩。

26、進(jìn)一步的，在所述步驟s3中，利用半定松弛技術(shù)，舍去秩約束，將優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為如下問題：

27、優(yōu)化目標(biāo)為：最小化

28、約束條件為：

29、

30、|p(θp)-p(θq)|≤pdiff，

31、0＜βk＜1，0＜tm＜1，m＝1,2,…,m，k＝1,2,…,k

32、wk±0，vm±0，m＝1,2,…,m，k＝1,2,…,k

33、進(jìn)一步的，在所述步驟s4中，對(duì)時(shí)間分割因子tm進(jìn)行一維搜索，在每次搜索過程中，固定tm，使用凸優(yōu)化工具箱進(jìn)行凸求解。

34、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

35、本發(fā)明所述的一種混合場景下通感一體化低功耗方法，滿足實(shí)際應(yīng)用中，多廠家生產(chǎn)的設(shè)備能量收集協(xié)議不一致情況，通過這種創(chuàng)新的混合場景下通感一體化低功耗方法，有望為未來物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的發(fā)展和普及做出重要貢獻(xiàn)，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)邁向新的高度。

技術(shù)特征：

1.一種混合場景下通感一體化低功耗方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混合場景下通感一體化低功耗方法，其特征在于，在所述步驟s1中，初始優(yōu)化問題構(gòu)建如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種混合場景下通感一體化低功耗方法，其特征在于，在所述步驟s2中，引入輔助變量，將初始優(yōu)化問題等價(jià)轉(zhuǎn)化為如下問題：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種混合場景下通感一體化低功耗方法，其特征在于，在所述步驟s3中，利用半定松弛技術(shù)，舍去秩約束，將優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為如下問題：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混合場景下通感一體化低功耗方法，其特征在于，在所述步驟s4中，對(duì)時(shí)間分割因子tm進(jìn)行一維搜索，在每次搜索過程中，固定tm，使用凸優(yōu)化工具箱進(jìn)行凸求解。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種混合場景下通感一體化低功耗方法，包括：構(gòu)建初始優(yōu)化問題，以最小化混合場景下通感一體化系統(tǒng)的功耗為目標(biāo)，且以通信最小速率需求、不同設(shè)備能量收集最小需求、不同目標(biāo)方向上感知功率的差值，以及用戶能量收集的功率分割因子和時(shí)間分割因子為約束，利用半定松弛和一維搜索求解。本發(fā)明通過研究對(duì)混合通感一體化場景，提出一種能夠有效平衡通信、感知和能量傳輸?shù)姆椒ǎ诒ＷC系統(tǒng)低功耗的同時(shí)，提高通信系統(tǒng)的能源利用效率和資源利用率，有望為未來物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的發(fā)展和普及做出重要貢獻(xiàn)，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)邁向新的高度。

技術(shù)研發(fā)人員：陳曉敏,周成瑞,孫強(qiáng),金麗,楊永杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6