CN115173891A - 协作速率分割多址系统最大和速率的确定方法和确定装置 - Google Patents

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CN115173891A CN202210641335.6A CN202210641335A CN115173891A CN 115173891 A CN115173891 A CN 115173891A CN 202210641335 A CN202210641335 A CN 202210641335A CN 115173891 A CN115173891 A CN 115173891A
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宋玮琼
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赵成
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刘士峰
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Abstract

本申请提供了一种协作速率分割多址系统最大和速率的确定方法和确定装置，该方法包括：采用牛顿最速下降梯度法优化预备优化向量，得到目标优化向量，采用牛顿最速下降梯度法优化预备和速率，得到目标和速率；在不满足迭代结束条件时，采用目标和速率替换预备和速率，采用目标优化向量替换预备优化向量，目标差值为当前优化过程的目标和速率与上次优化过程的目标和速率的差值；在满足迭代结束条件时，得到的目标和速率为最大和速率，迭代结束条件为目标差值小于预设值且目标优化向量同时满足和速率约束条件、公共速率约束条件和总功率约束条件。该方法解决了现有技术中速率分割系统中远距离用户通信质量差的问题。

Description

协作速率分割多址系统最大和速率的确定方法和确定装置
技术领域
本申请涉及电力线通信技术领域，具体而言，涉及一种协作速率分割多址系统最大和速 率的确定方法、确定装置、计算机可读存储介质、处理器和确定系统。
背景技术
电力线通信(PowerLineCommunication,PLC)是一项很有前途的技术，它能够为许多家庭网 络和智能电网应用提供高效和具有鲁棒性的解决方案。在电力物联网中，数据采集系统的用 户数量庞大且接入具有不确定性，有的时间段用户数量很多，有的时间段用户数量又比较少。 为了应对这种情况，物理层可采取一种自适应多址接入——速率分割多址接入。与非正交多 址接入相比，速率分割多址接入适用于各种网络负载(欠载和过载状态)和用户部署(具有不同 的信道强度，信道方向)。速率分割多址接入可以说是非正交多址接入和正交多址接入的变相 统一，考虑采用速率分割多址接入的接入方式，那么在用户数量多的时间段相当于非正交多 址接入，用户数量少的时间段相当于正交多址接入。为了提高边缘用户的通信质量和可靠性， 利用协作的方式把信道质量较好的用户作为中继来帮助边缘用户传输信号。因此，在电力线 通信信道下将速率分割多址接入与协作技术结合，可更好地应对未来电力物联网，提升终端 用户的通信质量。
现已有研究证明将非正交多址技术，甚至是协作非正交多址技术应用于PLC中，可以获 得比正交多址技术更优的性能，提升设备终端的通信服务质量。但是，现有的将非正交多址 技术，甚至是协作非正交多址技术应用于PLC的技术，不能灵活的应对数据采集系统中用户 大规模接入和接入不确定的问题，且只有在用户信道差异大的场景和过载网络中，才能实现 良好的性能，因此，如何应对数据采集系统中用户大规模接入和接入不确定，提高边缘用户 的通信质量和可靠性，实现数据的可靠传输是本领域人员亟待解决的问题。
在背景技术部分中公开的以上信息只是用来加强对本文所描述技术的背景技术的理解， 因此，背景技术中可能包含某些信息，这些信息对于本领域技术人员来说并未形成在本国已 知的现有技术。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种协作速率分割多址系统最大和速率的确定方法、确定装 置、计算机可读存储介质、处理器和确定系统，以解决现有技术中协作速率分割多址系统中 远距离用户通信质量差的问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了所述协作速率分割多址系统包括发送端、第一用 户和第二用户，所述第一用户与所述发送端的距离小于所述第二用户与所述发送端的距离， 所述方法包括：初始化步骤，将优化向量初始化，得到预备优化向量，所述优化向量包括多 个通信参数；优化步骤，采用牛顿最速下降梯度法优化所述预备优化向量，得到目标优化向 量，采用牛顿最速下降梯度法优化预备和速率，得到目标和速率，所述预备和速率为所述第 一用户的和速率与所述第二用户的所述和速率的和；判断步骤，判断目标差值是否小于预设 值，判断所述目标优化向量是否同时满足和速率约束条件、公共速率约束条件和总功率约束 条件，所述目标差值为当前优化过程的所述目标和速率与上次所述优化过程的所述目标和速 率的差值；更新步骤，在所述目标差值等于或大于所述预设值且所述目标优化向量同时满足 所述和速率约束条件、所述公共速率约束条件和所述总功率约束条件时，采用所述目标和速 率替换所述预备和速率，采用所述目标优化向量替换所述预备优化向量；依次重复所述优化 步骤、所述判断步骤和所述更新步骤至少一次，直至所述目标差值小于所述预设值或所述目 标优化向量至多满足所述速率约束条件、所述公共速率约束条件和所述总功率约束条件中的 任意一个；在所述目标差值小于所述预设值时，输出第一最优优化向量，输出第一最大和速 率，在所述目标优化向量至多满足所述和速率约束条件、所述公共速率约束条件和所述总功 率约束条件中的任意一个时，输出第二最优优化向量，输出第二最大和速率，所述第一最优 优化向量为当前优化过程的所述目标优化向量，所述第一最大和速率为当前所述优化过程的 所述目标和速率，所述第二最优优化向量为上次所述优化过程的所述目标优化向量，所述第 二最大和速率为上次所述优化过程的所述目标和速率。
可选地，所述发送端发送叠加信号至所述第一用户且发送端发送所述叠加信号至所述第 二用户，所述叠加信号包括公共信号、第一私有信号和第二私有信号，所述第一用户发送中 继信号至所述第二用户，在初始化步骤之前，所述方法包括：对所述第一用户接收的所述公 共信号进行解码，得到第一公共干扰值、第一公共信干噪比和第一公共速率，对所述第二用 户接收的所述公共信号进行解码，得到第二公共干扰值和第二公共信干噪比，对所述第一用 户接收的所述第一私有信号进行解码，得到第一私有干扰值、第一私有信干噪比和第一私有 速率，对所述第二用户接收的第二私有信号进行解码，得到第二私有干扰值、第二私有信干 噪比和第二私有速率，对所述第二用户接收的所述公共信号和所述中继信号联合解码，得到 所述第二公共速率，所述第一公共干扰值为所述第一用户接收的所述公共信号中的噪声信号 与干扰信号的和，所述第二公共干扰值为所述第二用户接收的所述公共信号中的所述噪声信 号与所述干扰信号的和，所述第一私有干扰值为所述第一用户接收的所述第一私有信号中的 所述噪声信号与所述干扰信号的和，所述第二私有干扰值为所述第二用户接收的所述第二私 有信号中的所述噪声信号与所述干扰信号的和；根据所述第一公共速率、所述第二公共速率、 所述第一私有速率、所述第二私有速率，计算所述第一用户的所述和速率与所述第二用户的 所述和速率的和，得到所述预备和速率，所述第一用户的所述和速率为所述第一公共速率与 所述第一私有速率的和，所述第二用户的所述和速率为所述第二公共速率与所述第二私有速 率的和；采用所述预编码矩阵、所述时间分配参数，所述第一公共干扰值、所述第二公共干 扰值、所述第一私有干扰值、所述第二私有干扰值、所述第一公共信干噪比、所述第二公共 信干噪比、所述第一私有信干噪比、所述第二私有信干噪比、所述第一公共速率、所述第二 公共速率、所述第一私有速率、所述第二私有速率作为元素组成所述优化向量，所述时间分 配参数为第一传输时间与第二传输时间的比值，所述第一传输时间为传输所述公共信号所需 时间与私有信号传输时间的和，所述私有信号传输时间为传输所述第一私有信号所需时间与 传输所述第二私有信号所需时间的和，所述第二传输时间为所述第一传输时间与传输所述中 继信号所需时间的和。
可选地，初始化步骤，包括：将预编码矩阵、时间分配参数，所述第一公共干扰值、所 述第二公共干扰值、所述第一私有干扰值、所述第二私有干扰值、所述第一公共信干噪比、 所述第二公共信干噪比、所述第一公共速率、所述第二公共速率、所述第一私有信干噪比、 所述第二私有信干噪比、所述第一私有速率、所述第二私有速率初始化。
可选地，所述预编码矩阵包括公共预编码向量、第一私有预编码向量和第二私有预编码 向量，初始化步骤，还包括：将所述公共预编码向量、所述第一私有预编码向量和所述第二 私有预编码向量初始化，所述公共预编码向量用于对所述公共信号编码，所述第一私有预编 码向量用于对所述第一私有信号编码，所述第二私有预编码向量用于对所述第二私有信号编 码。
可选地，判断所述目标优化向量是否同时满足和速率约束条件、公共速率约束条件和总 功率约束条件，包括：在所述目标优化向量同时满足第一和速率约束条件和第二和速率约束 条件时，确定所述标优化向量满足所述和速率约束条件；在所述目标优化向量同时满足第一 公共率约束条件和第二公共速率约束条件时，确定所述标优化向量满足所述公共速率约束条 件；在所述目标优化向量满足发送端总功率的约束条件时确定所述目标优化向量满足所述总 功率约束条件。
可选地，优化步骤，包括：计算上次优化过程的第一预备向量与预设系数的乘积，得到 第二预备向量，所述第一预备向量包括所述预备优化向量和所述预备和速率；计算上次优化 过程的所述第一预备向量与所述第二预备向量的和，得到目标向量；根据目标向量，输出所 述目标优化向量和目标和速率。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种协作速率分割多址系统最大和速率的确定 装置，所述协作速率分割多址系统包括发送端、第一用户和第二用户，所述第一用户与所述 发送端的距离小于所述第二用户与所述发送端的距离，所述装置包括：初始化单元，将优化 向量初始化，得到预备优化向量，所述优化向量包括多个通信参数；优化单元，采用牛顿最 速下降梯度法优化所述预备优化向量，得到目标优化向量，采用牛顿最速下降梯度法优化预 备和速率，得到目标和速率，所述预备和速率为所述第一用户的和速率与所述第二用户的所 述和速率的和；判断单元，判断目标差值是否小于预设值，判断所述目标优化向量是否同时 满足和速率约束条件、公共速率约束条件和总功率约束条件，所述目标差值为当前优化过程 的所述目标和速率与上次所述优化过程的所述目标和速率的差值；更新单元，在所述目标差 值等于或大于所述预设值且所述目标优化向量同时满足所述和速率约束条件、所述公共速率 约束条件和所述总功率约束条件时，采用所述目标和速率替换所述预备和速率，采用所述目 标优化向量替换所述预备优化向量；迭代单元，依次重复所述优化单元、所述判断单元和所 述更新单元至少一次，直至所述目标差值小于所述预设值或所述目标优化向量至多满足所述 速率约束条件、所述公共速率约束条件和所述总功率约束条件中的任意一个；输出单元，在 所述目标差值小于所述预设值时，输出第一最优优化向量，输出第一最大和速率，在所述目 标优化向量至多满足所述和速率约束条件、所述公共速率约束条件和所述总功率约束条件中 的任意一个时，输出第二最优优化向量，输出第二最大和速率，所述第一最优优化向量为当 前优化过程的所述目标优化向量，所述第一最大和速率为当前所述优化过程的所述目标和速 率，所述第二最优优化向量为上次所述优化过程的所述目标优化向量，所述第二最大和速率 为上次所述优化过程的所述目标和速率。
根据本发明实施例的再一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存 储介质包括存储的程序，其中，所述程序执行任意一种所述的方法。
根据本发明实施例的又一方面，还提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中， 所述程序运行时执行任意一种所述的方法。
根据本发明实施例的一方面，还提供了一种协作速率分割多址系统最大和速率的确定系 统，包括：一个或多个处理器，存储器以及一个或多个程序，其中，所述一个或多个程序被 存储在所述存储器中，并且被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包 括用于执行任意一种所述的方法。
在本发明实施例中，上述协作速率分割多址系统最大和速率的确定方法中，首先，通过 初始化步骤将优化向量初始化，得到预备优化向量，上述优化向量包括多个通信参数；之后， 通过优化步骤，采用牛顿最速下降梯度法优化上述预备优化向量，得到目标优化向量，采用 牛顿最速下降梯度法优化预备和速率，得到目标和速率，上述预备和速率为上述第一用户的 和速率与上述第二用户的上述和速率的和；之后，通过判断步骤判断目标差值是否小于预设 值，判断上述目标优化向量是否同时满足和速率约束条件、公共速率约束条件和总功率约束 条件，上述目标差值为当前优化过程的上述目标和速率与上次上述优化过程的上述目标和速 率的差值；之后，通过更新步骤在上述目标差值等于或大于上述预设值且上述目标优化向量 同时满足上述和速率约束条件、上述公共速率约束条件和上述总功率约束条件时，采用上述 目标和速率替换上述预备和速率，采用上述目标优化向量替换上述预备优化向量；之后，依 次重复上述优化步骤、上述判断步骤和上述更新步骤至少一次，直至上述目标差值小于上述 预设值或上述目标优化向量至多满足上述速率约束条件、上述公共速率约束条件和上述总功 率约束条件中的任意一个；最后，在上述目标差值小于上述预设值时，输出第一最优优化向 量，输出第一最大和速率，在上述目标优化向量至多满足上述和速率约束条件、上述公共速 率约束条件和上述总功率约束条件中的任意一个时，输出第二最优优化向量，输出第二最大 和速率，上述第一最优优化向量为当前优化过程的上述目标优化向量，上述第一最大和速率 为当前上述优化过程的上述目标和速率，上述第二最优优化向量为上次上述优化过程的上述 目标优化向量，上述第二最大和速率为上次上述优化过程的上述目标和速率。该方法通过牛 顿最速下降梯度法优化预备优化向量和预备和速率，即通过牛顿最速下降梯度法求解约束条 件包括和速率约束条件、公共速率约束条件和总功率约束条件且目标函数为预备和速率的凸 二次约束二次规划优化问题，在目标差值小于预设值时，输出第一最大和速率，在目标优化 向量至多满足和速率约束条件、公共速率约束条件和总功率约束条件中的任意一个时，输出 第二最大和速率，即在满足牛顿最速下降梯度法的收敛精度或者不满足凸二次约束二次规划 优化问题的约束条件时，得到最大和速率。该方法解决了现有技术中协作速率分割多址系统 中远距离用户通信质量差的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实 施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本申请的一种实施例的协作速率分割多址系统最大和速率的确定方法的 流程图；
图2示出了根据本申请的一种具体的实施例的协作速率分割多址系统最大和速率的确定 方法的流程图；
图3示出了根据本申请的一种实施例的协作速率分割多址系统最大和速率的确定装置的 示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图， 对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请 一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没 有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等 是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据 在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有” 以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、 方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列 出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三 元件“连接”至该另一元件。
正如背景技术中所说的，现有技术中协作速率分割多址系统中远距离用户通信质量差， 为了解决上述问题，本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种协作速率分割多址系统最 大和速率的确定方法、确定装置、计算机可读存储介质、处理器和确定系统。
根据本申请的实施例，提供了一种协作速率分割多址系统最大和速率的确定方法。
图1是根据本申请实施例的协作速率分割多址系统最大和速率的确定方法的流程图。如 图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤S101，初始化步骤，将优化向量初始化，得到预备优化向量，上述优化向量包括多 个通信参数；
步骤S102，优化步骤，采用牛顿最速下降梯度法优化上述预备优化向量，得到目标优化 向量，采用牛顿最速下降梯度法优化预备和速率，得到目标和速率，上述预备和速率为上述 第一用户的和速率与上述第二用户的上述和速率的和；
步骤S103，判断步骤，判断目标差值是否小于预设值，判断上述目标优化向量是否同时 满足和速率约束条件、公共速率约束条件和总功率约束条件，上述目标差值为当前优化过程 的上述目标和速率与上次上述优化过程的上述目标和速率的差值；
步骤S104，更新步骤，在上述目标差值等于或大于上述预设值且上述目标优化向量同时 满足上述和速率约束条件、上述公共速率约束条件和上述总功率约束条件时，采用上述目标 和速率替换上述预备和速率，采用上述目标优化向量替换上述预备优化向量；
步骤S105，依次重复上述优化步骤、上述判断步骤和上述更新步骤至少一次，直至上述 目标差值小于上述预设值或上述目标优化向量至多满足上述速率约束条件、上述公共速率约 束条件和上述总功率约束条件中的任意一个；
步骤S106，在上述目标差值小于上述预设值时，输出第一最优优化向量，输出第一最大 和速率，在上述目标优化向量至多满足上述和速率约束条件、上述公共速率约束条件和上述 总功率约束条件中的任意一个时，输出第二最优优化向量，输出第二最大和速率，上述第一 最优优化向量为当前优化过程的上述目标优化向量，上述第一最大和速率为当前上述优化过 程的上述目标和速率，上述第二最优优化向量为上次上述优化过程的上述目标优化向量，上 述第二最大和速率为上次上述优化过程的上述目标和速率。
上述协作速率分割多址系统最大和速率的确定方法中，首先，通过初始化步骤将优化向 量初始化，得到预备优化向量，上述优化向量包括多个通信参数；之后，通过优化步骤，采 用牛顿最速下降梯度法优化上述预备优化向量，得到目标优化向量，采用牛顿最速下降梯度 法优化预备和速率，得到目标和速率，上述预备和速率为上述第一用户的和速率与上述第二 用户的上述和速率的和；之后，通过判断步骤判断目标差值是否小于预设值，判断上述目标 优化向量是否同时满足和速率约束条件、公共速率约束条件和总功率约束条件，上述目标差 值为当前优化过程的上述目标和速率与上次上述优化过程的上述目标和速率的差值；之后， 通过更新步骤在上述目标差值等于或大于上述预设值且上述目标优化向量同时满足上述和速 率约束条件、上述公共速率约束条件和上述总功率约束条件时，采用上述目标和速率替换上 述预备和速率，采用上述目标优化向量替换上述预备优化向量；之后，依次重复上述优化步 骤、上述判断步骤和上述更新步骤至少一次，直至上述目标差值小于上述预设值或上述目标 优化向量至多满足上述速率约束条件、上述公共速率约束条件和上述总功率约束条件中的任 意一个；最后，在上述目标差值小于上述预设值时，输出第一最优优化向量，输出第一最大 和速率，在上述目标优化向量至多满足上述和速率约束条件、上述公共速率约束条件和上述 总功率约束条件中的任意一个时，输出第二最优优化向量，输出第二最大和速率，上述第一 最优优化向量为当前优化过程的上述目标优化向量，上述第一最大和速率为当前上述优化过 程的上述目标和速率，上述第二最优优化向量为上次上述优化过程的上述目标优化向量，上 述第二最大和速率为上次上述优化过程的上述目标和速率。该方法通过牛顿最速下降梯度法 优化预备优化向量和预备和速率，即通过牛顿最速下降梯度法求解约束条件包括和速率约束 条件、公共速率约束条件和总功率约束条件且目标函数为预备和速率的凸二次约束二次规划 优化问题，在目标差值小于预设值时，输出第一最大和速率，在目标优化向量至多满足和速 率约束条件、公共速率约束条件和总功率约束条件中的任意一个时，输出第二最大和速率， 即在满足牛顿最速下降梯度法的收敛精度或者不满足凸二次约束二次规划优化问题的约束条 件时，得到最大和速率。该方法解决了现有技术中协作速率分割多址系统中远距离用户通信 质量差的问题。
还需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算 机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于 此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
本申请的一种实施例中，上述发送端发送叠加信号至上述第一用户且发送端发送上述叠 加信号至上述第二用户，上述叠加信号包括公共信号、第一私有信号和第二私有信号，上述 第一用户发送中继信号至上述第二用户，在初始化步骤之前，上述方法包括：对上述第一用 户接收的上述公共信号进行解码，得到第一公共干扰值、第一公共信干噪比和第一公共速率， 对上述第二用户接收的上述公共信号进行解码，得到第二公共干扰值和第二公共信干噪比， 对上述第一用户接收的上述第一私有信号进行解码，得到第一私有干扰值、第一私有信干噪 比和第一私有速率，对上述第二用户接收的第二私有信号进行解码，得到第二私有干扰值、 第二私有信干噪比和第二私有速率，对上述第二用户接收的上述公共信号和上述中继信号联 合解码，得到上述第二公共速率，上述第一公共干扰值为上述第一用户接收的上述公共信号 中的噪声信号与干扰信号的和，上述第二公共干扰值为上述第二用户接收的上述公共信号中 的上述噪声信号与上述干扰信号的和，上述第一私有干扰值为上述第一用户接收的上述第一 私有信号中的上述噪声信号与上述干扰信号的和，上述第二私有干扰值为上述第二用户接收 的上述第二私有信号中的上述噪声信号与上述干扰信号的和；根据上述第一公共速率、上述 第二公共速率、上述第一私有速率、上述第二私有速率，计算上述第一用户的上述和速率与 上述第二用户的上述和速率的和，得到上述预备和速率，上述第一用户的上述和速率为上述 第一公共速率与上述第一私有速率的和，上述第二用户的上述和速率为上述第二公共速率与 上述第二私有速率的和；采用预编码矩阵、时间分配参数，上述第一公共干扰值、上述第二 公共干扰值、上述第一私有干扰值、上述第二私有干扰值、上述第一公共信干噪比、上述第 二公共信干噪比、上述第一私有信干噪比、上述第二私有信干噪比、上述第一公共速率、上 述第二公共速率、上述第一私有速率、上述第二私有速率作为元素组成上述优化向量，上述 时间分配参数为第一传输时间与第二传输时间的比值，上述第一传输时间为传输上述公共信 号所需时间与私有信号传输时间的和，上述私有信号传输时间为传输上述第一私有信号所需 时间与传输上述第二私有信号所需时间的和，上述第二传输时间为上述第一传输时间与传输 上述中继信号所需时间的和。该实施例中，首先，在直接传输阶段，根据第一用户接收到的 信号
Figure BDA0003684240150000081
对第一用户接收的公共信号进行解码，得到第一公共干扰值
Figure BDA0003684240150000082
第一公共信干噪 比
Figure BDA0003684240150000083
和第一公共速率
Figure BDA0003684240150000084
在第一用户成功解码公共信号后利用SIC将公 共信号从
Figure BDA0003684240150000085
中删除，对第一用户接收到的第一私有信号进行解码，得到第一私有干扰值
Figure BDA0003684240150000086
第一私有信干噪比
Figure BDA0003684240150000087
和第一私有速率R1,p，根据第二用户接收到的信号
Figure BDA0003684240150000088
对第二用户接 收的公共信号进行解码，得到第二公共干扰值
Figure BDA0003684240150000089
和第二公共信干噪比
Figure BDA00036842401500000810
在第二用户成功 解码公共信号后利用SIC将公共信号从
Figure BDA00036842401500000811
中删除，对第二用户接收到的第二私有信号进行 解码，得到第一私有干扰值
Figure BDA00036842401500000812
第一私有信干噪比
Figure BDA00036842401500000813
和第一私有速率R2,p，在协作传输阶段， 在协作传输阶段结束时，根据第二用户接收到的信号
Figure BDA00036842401500000814
和中继信号
Figure BDA00036842401500000815
使用最大比合并，对第二用户接收到的公共信号和中继信号联合解码，得到第二公共速率
Figure BDA00036842401500000816
其中，
Figure BDA00036842401500000817
然后，计算R1,c、R1,p、R2,p、 R2,c的和，得到预备和速率r，即得到凸二次约束二次规划优化问题的目标函数，采用 P,θ,α,αc,ρ,ρc,β,βc作为元素组成优化向量，其中，β包括
Figure BDA00036842401500000818
和
Figure BDA00036842401500000819
βc包括
Figure BDA00036842401500000820
和
Figure BDA00036842401500000821
ρ 包括
Figure BDA00036842401500000822
和
Figure BDA00036842401500000823
ρc包括
Figure BDA00036842401500000824
和
Figure BDA00036842401500000825
α包括R1,p和R2,p，αc包括R1,c和R2,c。
需要说明的是，
Figure BDA00036842401500000826
Figure BDA00036842401500000827
Figure BDA00036842401500000828
且
Figure BDA00036842401500000829
Figure BDA00036842401500000830
还需要说明的是，发送端总功率Pt和第一用户的总功率PR相等，即Pt＝PR。
还需要说明的是，本申请的协作速率分割多址系统由一个发送端、第一用户和第二用户 组成，离发送端较近的第一用户作为中继，利用解码转发协议来帮助第二用户传输公共信号， 在发送端，根据速率分割原理，将发送给第一用户的信号和第二用户的信号分为公共部分和 私有部分，将公共部分一起编码到公共信号中，私有部分分别编码为第一私有信号和第二私 有信号，发送端发送的叠加信号s＝[sc,s1,s2]T通过线性预编码矩阵P＝[pc,p1,p2]到达第一用户 和第二用户，第一用户和第二用户接收到的信号为x＝Ps＝pcsc+p1s1+p2s2，sc为公共信号，s1为第一私有信号，s2为第二私有信号。
还需要说明的是，协作速率分割多址系统整个通信过程包括直接传输阶段和协作传输阶 段，在直接传输阶段中，发送端同时向第一用户和第二用户发送叠加信号，Uk,k∈{1,2}接收 的信号为
Figure BDA0003684240150000091
在协作传输阶段，第一用户对解码的公共 信号进行重新编码，然后以功率PR将重新编码后的公共信号转发给第二用户，第二用户接收 的中继信号为
Figure BDA0003684240150000092
U1为第一用户，U2为第二用户。
还需要说明的是，PLC信道中频率和距离相关的衰减Ai(di,f)＝exp(-(b0+b1fm)di)， i∈{S1,S2,12}，其中dS1表示发送端和第一用户之间的距离，dS2表示发送端和第二用户之间的 距离，dS1表示第一用户和第二用户之间的距离，f是通信的频率，m是衰减因子的指数，b0和 b1是从测量数据中获得的衰减常数。
还需要说明的是，时间分配参数θ为中继工作在半双工模式时，分配给直接传输阶段的时 间比例，剩余部分(1-θ)是分配给协作传输阶段的时间比例。
本申请的一种实施例中，初始化步骤，包括：将上述预编码矩阵、上述时间分配参数， 上述第一公共干扰值、上述第二公共干扰值、上述第一私有干扰值、上述第二私有干扰值、 上述第一公共信干噪比、上述第二公共信干噪比、上述第一公共速率、上述第二公共速率、 上述第一私有信干噪比、上述第二私有信干噪比、上述第一私有速率、上述第二私有速率初 始化。该实施例中，如图2所示，将优化向量即优化变量初始化，首先，采用最大比传输和 奇异值分解对预编码矩阵P＝[pc,p1,p2]初始化，然后，将时间分配参数θ初始化为0.8，最后， 依次将第一公共干扰值(k＝1时)和第二公共干扰值(k＝2时)初始化为
Figure BDA0003684240150000093
将第一私有干扰值(k＝1时)和第二私有干扰值 (k＝2时)初始化为
Figure BDA0003684240150000094
将第一公共信干噪比(k＝1时)和 第二公共信干噪比(k＝2时)初始化为
Figure BDA0003684240150000095
将第一公共速率(k＝1时)和第二 公共速率(k＝2时)初始化为
Figure BDA0003684240150000096
将第一私有信干噪比(k＝1时)和第二私 有信干噪比(k＝2时)初始化为
Figure BDA0003684240150000101
将第一私有速率(k＝1时)和第二私有速 率(k＝2时)初始化为
Figure BDA0003684240150000102
需要说明的是，上述
Figure BDA0003684240150000103
为上述
Figure BDA0003684240150000104
上述
Figure BDA0003684240150000105
为上述
Figure BDA0003684240150000106
上述
Figure BDA0003684240150000107
为上述Rk,c，上述
Figure BDA0003684240150000108
为上述Rk,p。
本申请的一种实施例中，上述预编码矩阵包括公共预编码向量、第一私有预编码向量和 第二私有预编码向量，初始化步骤，还包括：将上述公共预编码向量、上述第一私有预编码 向量和上述第二私有预编码向量初始化，上述公共预编码向量用于对上述公共信号编码，上 述第一私有预编码向量用于对上述第一私有信号编码，上述第二私有预编码向量用于对上述 第二私有信号编码。该实施例中，采用最大比传输将第一私有预编码向量p1和第二私有预编 码向量p2初始化为
Figure BDA0003684240150000109
其中
Figure BDA00036842401500001010
0≤λ≤1，采用奇异值分解公共预编码 向量pc初始化为
Figure BDA00036842401500001011
其中pc＝(1-λ)Pt，uc是信道矩阵H＝[hs1AS1,hs2AS2]的最大左奇 异值对应的特征向量，由uc＝U(:,1)计算出来的，其中H＝USVH。
本申请的一种实施例中，判断上述目标优化向量是否同时满足和速率约束条件、公共速 率约束条件和总功率约束条件，包括：在上述目标优化向量同时满足第一和速率约束条件和 第二和速率约束条件时，确定上述标优化向量满足上述和速率约束条件；在上述目标优化向 量同时满足第一公共率约束条件和第二公共速率约束条件时，确定上述标优化向量满足上述 公共速率约束条件；在上述目标优化向量满足发送端总功率的约束条件时确定上述目标优化 向量满足上述总功率约束条件。该实施例中，第一和速率约束条件(k＝1时)和第二和速率 约束条件(k＝2时)为
Figure BDA00036842401500001012
Figure BDA00036842401500001013
Ω[n](pk,hSk,βk)≥ρk,k∈{1,2}，其中，
Figure BDA00036842401500001014
第一公共速率约束条件(k＝1时)和第二公共速率约束条件(k＝2时)为
Figure BDA00036842401500001015
c1+c2≤Z[n](θ,α1,c)，
Figure BDA00036842401500001016
Ω[n](pc,hSk,βk,c)≥ρk,c,k∈{1,2}， 其中，
Figure BDA0003684240150000111
ck≥0，发送端总 功率约束条件为tr(ppH)≤Pt。
本申请的一种实施例中，优化步骤，包括：计算上次优化过程的第一预备向量与预设系 数的乘积，得到第二预备向量，上述第一预备向量包括上述预备优化向量和上述预备和速率； 计算上次优化过程的上述第一预备向量与上述第二预备向量的和，得到目标向量；根据目标 向量，输出上述目标优化向量和所述目标和速率。该实施例中，采用牛顿最速下降梯度法优 化预备优化向量和预备和速率，即对目标函数为预备和速率r的凸二次约束二次规划优化问 题进行求解，其迭代过程为η(m)＝(r(m),P(m),θ,α(m),αc(m),ρ(m),ρc(m),β(m),βc(m))，
Figure RE-GDA0003811543530000112
其中β＝0.39，
Figure RE-GDA0003811543530000113
为η(m)的梯度， 在第m次迭代结束后，得到的目标和速率r*和目标优化向量P*,θ*,α*,
Figure RE-GDA0003811543530000114
ρ*,
Figure RE-GDA00038115435300001110
β*,
Figure RE-GDA0003811543530000115
若条件 |r[m]-r[m-1]|＜ε不成立，将第m+1次迭代中的预备和速率更新为r*，第m+1次迭代中的预备优 化向量更新为P*,θ*,α*,
Figure RE-GDA0003811543530000116
ρ*,
Figure RE-GDA0003811543530000117
β*,
Figure RE-GDA0003811543530000118
当条件|r[m]-r[m-1]|＜ε成立时，迭代结束，输出的目标 和速率即最优目标函数和最优优化向量 r[m]＝r*,P[m]＝P*,θ[m]＝θ*,α[m]＝α*,
Figure RE-GDA0003811543530000119
即得到协作速率 分割多址系统的最大和速率。
本申请实施例还提供了一种协作速率分割多址系统最大和速率的确定装置，需要说明的 是，本申请实施例的协作速率分割多址系统最大和速率的确定装置可以用于执行本申请实施 例所提供的用于协作速率分割多址系统最大和速率的确定方法。以下对本申请实施例提供的 协作速率分割多址系统最大和速率的确定装置进行介绍。
图3是根据本申请实施例的协作速率分割多址系统最大和速率的确定装置的示意图。如 图3所示，该装置包括：
初始化单元10，将优化向量初始化，得到预备优化向量，上述优化向量包括多个通信参 数；
优化单元20，采用牛顿最速下降梯度法优化上述预备优化向量，得到目标优化向量，采 用牛顿最速下降梯度法优化预备和速率，得到目标和速率，上述预备和速率为上述第一用户 的和速率与上述第二用户的上述和速率的和；
判断单元30，判断目标差值是否小于预设值，判断上述目标优化向量是否同时满足和速 率约束条件、公共速率约束条件和总功率约束条件，上述目标差值为当前优化过程的上述目 标和速率与上次上述优化过程的上述目标和速率的差值；
更新单元40，在上述目标差值等于或大于上述预设值且上述目标优化向量同时满足上述 和速率约束条件、上述公共速率约束条件和上述总功率约束条件时，采用上述目标和速率替 换上述预备和速率，采用上述目标优化向量替换上述预备优化向量；
迭代单元50，依次重复上述优化单元、上述判断单元和上述更新单元至少一次，直至上 述目标差值小于上述预设值或上述目标优化向量至多满足上述速率约束条件、上述公共速率 约束条件和上述总功率约束条件中的任意一个；
输出单元60，在上述目标差值小于上述预设值时，输出第一最优优化向量，输出第一最 大和速率，在上述目标优化向量至多满足上述和速率约束条件、上述公共速率约束条件和上 述总功率约束条件中的任意一个时，输出第二最优优化向量，输出第二最大和速率，上述第 一最优优化向量为当前优化过程的上述目标优化向量，上述第一最大和速率为当前上述优化 过程的上述目标和速率，上述第二最优优化向量为上次上述优化过程的上述目标优化向量， 上述第二最大和速率为上次上述优化过程的上述目标和速率。
上述协作速率分割多址系统最大和速率的确定装置中，初始化单元，将优化向量初始化， 得到预备优化向量，上述优化向量包括多个通信参数；优化单元，采用牛顿最速下降梯度法 优化上述预备优化向量，得到目标优化向量，采用牛顿最速下降梯度法优化预备和速率，得 到目标和速率，上述预备和速率为上述第一用户的和速率与上述第二用户的上述和速率的和； 判断单元，判断目标差值是否小于预设值，判断上述目标优化向量是否同时满足和速率约束 条件、公共速率约束条件和总功率约束条件，上述目标差值为当前优化过程的上述目标和速 率与上次上述优化过程的上述目标和速率的差值；更新单元，在上述目标差值等于或大于上 述预设值且上述目标优化向量同时满足上述和速率约束条件、上述公共速率约束条件和上述 总功率约束条件时，采用上述目标和速率替换上述预备和速率，采用上述目标优化向量替换 上述预备优化向量；迭代单元，依次重复上述优化单元、上述判断单元和上述更新单元至少 一次，直至上述目标差值小于上述预设值或上述目标优化向量至多满足上述速率约束条件、 上述公共速率约束条件和上述总功率约束条件中的任意一个；输出单元，在上述目标差值小 于上述预设值时，输出第一最优优化向量，输出第一最大和速率，在上述目标优化向量至多 满足上述和速率约束条件、上述公共速率约束条件和上述总功率约束条件中的任意一个时， 输出第二最优优化向量，输出第二最大和速率，上述第一最优优化向量为当前优化过程的上 述目标优化向量，上述第一最大和速率为当前上述优化过程的上述目标和速率，上述第二最 优优化向量为上次上述优化过程的上述目标优化向量，上述第二最大和速率为上次上述优化 过程的上述目标和速率。该装置通过牛顿最速下降梯度法优化预备优化向量和预备和速率， 即通过牛顿最速下降梯度法求解约束条件包括和速率约束条件、公共速率约束条件和总功率 约束条件且目标函数为预备和速率的凸二次约束二次规划优化问题，在目标差值小于预设值 时，输出第一最大和速率，在目标优化向量至多满足和速率约束条件、公共速率约束条件和 总功率约束条件中的任意一个时，输出第二最大和速率，即在满足牛顿最速下降梯度法的收 敛精度或者不满足凸二次约束二次规划优化问题的约束条件时，得到最大和速率。该装置解 决了现有技术中协作速率分割多址系统中远距离用户通信质量差的问题。
本申请的一种实施例中，上述协作速率分割多址系统最大和速率的确定装置还包括第一 解码模块、第二解码模块、第三解码模块、第四解码模块、第五解码模块、第一计算模块和 执行模块，上述第一解码模块用于对上述第一用户接收的上述公共信号进行解码，得到第一 公共干扰值、第一公共信干噪比和第一公共速率，上述第二解码模块用于对上述第二用户接 收的上述公共信号进行解码，得到第二公共干扰值和第二公共信干噪比，上述第三解码模块 用于对上述第一用户接收的上述第一私有信号进行解码，得到第一私有干扰值、第一私有信 干噪比和第一私有速率，上述第四解码模块用于对上述第二用户接收的第二私有信号进行解 码，得到第二私有干扰值、第二私有信干噪比和第二私有速率，上述第五解码模块用于对上 述第二用户接收的上述公共信号和上述中继信号联合解码，得到上述第二公共速率，上述第 一公共干扰值为上述第一用户接收的上述公共信号中的噪声信号与干扰信号的和，上述第二 公共干扰值为上述第二用户接收的上述公共信号中的上述噪声信号与上述干扰信号的和，上 述第一私有干扰值为上述第一用户接收的上述第一私有信号中的上述噪声信号与上述干扰信 号的和，上述第二私有干扰值为上述第二用户接收的上述第二私有信号中的上述噪声信号与 上述干扰信号的和；上述第一计算模块用于根据上述第一公共速率、上述第二公共速率、上 述第一私有速率、上述第二私有速率，计算上述第一用户的上述和速率与上述第二用户的上 述和速率的和，得到上述预备和速率，上述第一用户的上述和速率为上述第一公共速率与上 述第一私有速率的和，上述第二用户的上述和速率为上述第二公共速率与上述第二私有速率 的和；上述执行模块用于采用预编码矩阵、时间分配参数，上述第一公共干扰值、上述第二 公共干扰值、上述第一私有干扰值、上述第二私有干扰值、上述第一公共信干噪比、上述第 二公共信干噪比、上述第一私有信干噪比、上述第二私有信干噪比、上述第一公共速率、上 述第二公共速率、上述第一私有速率、上述第二私有速率作为元素组成上述优化向量，上述 时间分配参数为第一传输时间与第二传输时间的比值，上述第一传输时间为传输上述公共信 号所需时间与私有信号传输时间的和，上述私有信号传输时间为传输上述第一私有信号所需 时间与传输上述第二私有信号所需时间的和，上述第二传输时间为上述第一传输时间与传输 上述中继信号所需时间的和。该实施例中，首先，在直接传输阶段，根据第一用户接收到的 信号
Figure BDA0003684240150000131
对第一用户接收的公共信号进行解码，得到第一公共干扰值
Figure BDA0003684240150000132
第一公共信干噪 比
Figure BDA0003684240150000133
和第一公共速率
Figure BDA0003684240150000134
在第一用户成功解码公共信号后利用SIC将公 共信号从
Figure BDA0003684240150000135
中删除，对第一用户接收到的第一私有信号进行解码，得到第一私有干扰值
Figure BDA0003684240150000136
第一私有信干噪比
Figure BDA0003684240150000137
和第一私有速率R1,p，根据第二用户接收到的信号
Figure BDA0003684240150000138
对第二用户接 收的公共信号进行解码，得到第二公共干扰值
Figure BDA0003684240150000139
和第二公共信干噪比
Figure BDA00036842401500001310
在第二用户成功 解码公共信号后利用SIC将公共信号从
Figure BDA00036842401500001311
中删除，对第二用户接收到的第二私有信号进行 解码，得到第一私有干扰值
Figure BDA00036842401500001312
第一私有信干噪比
Figure BDA00036842401500001313
和第一私有速率R2,p，在协作传输阶段，在协作传输阶段结束时，根据第二用户接收到的信号
Figure BDA00036842401500001314
和中继信号
Figure BDA00036842401500001315
使用最大比合并，对第二用户接收到的公共信号和中继信号联合解码，得到第二公共速率
Figure BDA0003684240150000141
其中，
Figure BDA0003684240150000142
然后，计算R1,c、R1,p、R2,p、 R2,c的和，得到预备和速率r，即得到凸二次约束二次规划优化问题的目标函数，采用 P,θ,α,αc,ρ,ρc,β,βc作为元素组成优化向量，其中，β包括
Figure BDA0003684240150000143
和
Figure BDA0003684240150000144
βc包括
Figure BDA0003684240150000145
和
Figure BDA0003684240150000146
ρ 包括
Figure BDA0003684240150000147
和
Figure BDA0003684240150000148
ρc包括
Figure BDA0003684240150000149
和
Figure BDA00036842401500001410
α包括R1,p和R2,p，αc包括R1,c和R2,c。
需要说明的是，
Figure BDA00036842401500001411
Figure BDA00036842401500001412
Figure BDA00036842401500001413
Figure BDA00036842401500001414
还需要说明的是，发送端总功率Pt和第一用户的总功率PR相等，即Pt＝PR。
还需要说明的是，本申请的协作速率分割多址系统由一个发送端、第一用户和第二用户 组成，离发送端较近的第一用户作为中继，利用解码转发协议来帮助第二用户传输公共信号， 在发送端，根据速率分割原理，将发送给第一用户的信号和第二用户的信号分为公共部分和 私有部分，将公共部分一起编码到公共信号中，私有部分分别编码为第一私有信号和第二私 有信号，发送端发送的叠加信号s＝[sc,s1,s2]T通过线性预编码矩阵P＝[pc,p1,p2]到达第一用户 和第二用户，第一用户和第二用户接收到的信号为x＝Ps＝pcsc+p1s1+p2s2，sc为公共信号，s1为第一私有信号，s2为第二私有信号。
还需要说明的是，协作速率分割多址系统整个通信过程包括直接传输阶段和协作传输阶 段，在直接传输阶段中，发送端同时向第一用户和第二用户发送叠加信号，Uk,k∈{1,2}接收 的信号为
Figure BDA00036842401500001415
在协作传输阶段，第一用户对解码的公共 信号进行重新编码，然后以功率PR将重新编码后的公共信号转发给第二用户，第二用户接收 的中继信号为
Figure BDA00036842401500001416
U1为第一用户，U2为第二用户。
还需要说明的是，PLC信道中频率和距离相关的衰减Ai(di,f)＝exp(-(b0+b1fm)di)， i∈{S1,S2,12}，其中dS1表示发送端和第一用户之间的距离，dS2表示发送端和第二用户之间的 距离，dS1表示第一用户和第二用户之间的距离，f是通信的频率，m是衰减因子的指数，b0和 b1是从测量数据中获得的衰减常数。
还需要说明的是，时间分配参数θ为中继工作在半双工模式时，分配给直接传输阶段的时 间比例，剩余部分(1-θ)是分配给协作传输阶段的时间比例。
本申请的一种实施例中，上述初始化单元用于将上述预编码矩阵、上述时间分配参数， 上述第一公共干扰值、上述第二公共干扰值、上述第一私有干扰值、上述第二私有干扰值、 上述第一公共信干噪比、上述第二公共信干噪比、上述第一公共速率、上述第二公共速率、 上述第一私有信干噪比、上述第二私有信干噪比、上述第一私有速率、上述第二私有速率初 始化。该实施例中，如图2所示，将优化变量初始化，首先，采用最大比传输和奇异值分解 对预编码矩阵P＝[pc,p1,p2]初始化，然后，将时间分配参数θ初始化为0.8，最后，依次将第 一公共干扰值(k＝1时)和第二公共干扰值(k＝2时)初始化为
Figure BDA0003684240150000151
将第一私有干扰值(k＝1时)和第二私有干扰值 (k＝2时)初始化为
Figure BDA0003684240150000152
将第一公共信干噪比(k＝1时)和 第二公共信干噪比(k＝2时)初始化为
Figure BDA0003684240150000153
将第一公共速率(k＝1时)和第二 公共速率(k＝2时)初始化为
Figure BDA0003684240150000154
将第一私有信干噪比(k＝1时)和第二私 有信干噪比(k＝2时)初始化为
Figure BDA0003684240150000155
将第一私有速率(k＝1时)和第二私有速 率(k＝2时)初始化为
Figure BDA0003684240150000156
需要说明的是，上述
Figure BDA0003684240150000157
为上述
Figure BDA0003684240150000158
上述
Figure BDA0003684240150000159
为上述
Figure BDA00036842401500001510
上述
Figure BDA00036842401500001511
为上述Rk,c，上述
Figure BDA00036842401500001512
为上述Rk,p。
本申请的一种实施例中，上述初始化单元还包括初始化模块，上述初始化模块用于将上 述公共预编码向量、上述第一私有预编码向量和上述第二私有预编码向量初始化，上述公共 预编码向量用于对上述公共信号编码，上述第一私有预编码向量用于对上述第一私有信号编 码，上述第二私有预编码向量用于对上述第二私有信号编码。该实施例中，采用最大比传输 将第一私有预编码向量p1和第二私有预编码向量p2初始化为
Figure BDA00036842401500001513
其中
Figure BDA00036842401500001514
0≤λ≤1，采用奇异值分解将公共预编码向量pc初始化为
Figure BDA00036842401500001515
其中 pc＝(1-λ)Pt，uc是信道矩阵H＝[hs1AS1,hs2AS2]的最大左奇异值对应的特征向量，由uc＝U(:,1) 计算出来的，其中H＝USVH。
本申请的一种实施例中，上述判断单元包括第一确定模块、第二确定模块和第三确定模 块，上述第一确定模块用于在上述目标优化向量同时满足第一和速率约束条件和第二和速率 约束条件时，上述第二确定模块用于确定上述标优化向量满足上述和速率约束条件；上述第 三确定模块用于在上述目标优化向量同时满足第一公共率约束条件和第二公共速率约束条件 时，确定上述标优化向量满足上述公共速率约束条件；在上述目标优化向量满足发送端总功 率的约束条件时确定上述目标优化向量满足上述总功率约束条件。该实施例中，第一和速率 约束条件(k＝1时)和第二和速率约束条件(k＝2时)为
Figure BDA0003684240150000161
Figure BDA0003684240150000162
Ω[n](pk,hSk,βk)≥ρk,k∈{1,2}，其中，
Figure BDA0003684240150000163
第一公共速率约束条件(k＝1时)和第二公共速率约束条件(k＝2时)为
Figure BDA0003684240150000164
c1+c2≤Z[n](θ,α1,c)，
Figure BDA0003684240150000165
Ω[n](pc,hSk,βk,c)≥ρk,c,k∈{1,2}， 其中，
Figure BDA0003684240150000166
ck≥0，发送端总功率约束条件为tr(ppH)≤Pt。
本申请的一种实施例中，上述优化单元包括第二计算模块、第三计算模块和输出模块， 上述第二计算模块用于计算上次优化过程的第一预备向量与预设系数的乘积，得到第二预备 向量，上述第一预备向量包括上述预备优化向量和上述预备和速率；上述第三计算模块用于 计算上次优化过程的上述第一预备向量与上述第二预备向量的和，得到目标向量；上述输出 模块用于根据目标向量，输出上述目标优化向量和上述目标和速率。该实施例中，采用牛顿 最速下降梯度法优化预备优化向量和预备和速率，即对目标函数为预备和速率r的凸二次约 束二次规划优化问题进行求解，其迭代过程为 η(m)＝(r(m),P(m),θ,α(m),αc(m),ρ(m),ρc(m),β(m),βc(m))，
Figure BDA0003684240150000167
Figure BDA0003684240150000168
其中β＝0.39，
Figure BDA0003684240150000169
为η(m)的梯度，在第m次迭代结束后， 得到的目标和速率r*和目标优化向量为P*，θ*，α*，
Figure BDA00036842401500001615
，ρ*,
Figure BDA00036842401500001611
β*,
Figure BDA00036842401500001612
若条件|r[m]-r[m-1]|＜ε不成立， 将第m+1次迭代中的预备和速率更新为r*，第m+1次迭代中的预备优化向量更新为 P*,θ*,α*,
Figure BDA00036842401500001613
ρ*,
Figure BDA00036842401500001616
β*,
Figure BDA00036842401500001614
当条件|r[m]-r[m-1]|＜ε成立时，迭代结束，输出的目标和速率即最优 目标函数和最优优化向量r[m]＝r*,P[m]＝P*,θ[m]＝θ*,α[m]＝α*,
Figure BDA0003684240150000171
β[m]＝β*,
Figure BDA0003684240150000172
即得到协作速率 分割多址系统的最大和速率。
上述协作速率分割多址系统最大和速率的确定装置包括处理器和存储器，上述初始化单 元、优化单元、判断单元、更新单元、迭代单元和输出单元等均作为程序单元存储在存储器 中，由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。
处理器中包含内核，由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上， 通过调整内核参数来解决现有技术中协作速率分割多址系统中远距离用户通信质量差的问 题。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易 失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flashRAM)，存储器包括至少一个存储芯片。
本发明实施例提供了一种存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现上述 协作速率分割多址系统最大和速率的确定方法。
本发明实施例提供了一种处理器，上述处理器用于运行程序，其中，上述程序运行时执 行上述协作速率分割多址系统最大和速率的确定方法。
本发明实施例提供了一种协作速率分割多址系统最大和速率的确定系统，包括：一个或 多个处理器，存储器以及一个或多个程序，其中，上述一个或多个程序被存储在上述存储器 中，并且被配置为由上述一个或多个处理器执行，上述一个或多个程序包括用于执行任意一 种上述的方法，处理器执行程序时实现至少以下步骤：
步骤S101，初始化步骤，将优化向量初始化，得到预备优化向量，上述优化向量包括多 个通信参数；
步骤S102，优化步骤，采用牛顿最速下降梯度法优化上述预备优化向量，得到目标优化 向量，采用牛顿最速下降梯度法优化预备和速率，得到目标和速率，上述预备和速率为上述 第一用户的和速率与上述第二用户的上述和速率的和；
步骤S103，判断步骤，判断目标差值是否小于预设值，判断上述目标优化向量是否同时 满足和速率约束条件、公共速率约束条件和总功率约束条件，上述目标差值为当前优化过程 的上述目标和速率与上次上述优化过程的上述目标和速率的差值；
步骤S104，更新步骤，在上述目标差值等于或大于上述预设值且上述目标优化向量同时 满足上述和速率约束条件、上述公共速率约束条件和上述总功率约束条件时，采用上述目标 和速率替换上述预备和速率，采用上述目标优化向量替换上述预备优化向量；
步骤S105，依次重复上述优化步骤、上述判断步骤和上述更新步骤至少一次，直至上述 目标差值小于上述预设值或上述目标优化向量至多满足上述速率约束条件、上述公共速率约 束条件和上述总功率约束条件中的任意一个；
步骤S106，在上述目标差值小于上述预设值时，输出第一最优优化向量，输出第一最大 和速率，在上述目标优化向量至多满足上述和速率约束条件、上述公共速率约束条件和上述 总功率约束条件中的任意一个时，输出第二最优优化向量，输出第二最大和速率，上述第一 最优优化向量为当前优化过程的上述目标优化向量，上述第一最大和速率为当前上述优化过 程的上述目标和速率，上述第二最优优化向量为上次上述优化过程的上述目标优化向量，上 述第二最大和速率为上次上述优化过程的上述目标和速率。
本文中的设备可以是服务器、PC、PAD、手机等。
本申请还提供了一种计算机程序产品，当在数据处理设备上执行时，适于执行初始化有 至少如下方法步骤的程序：
步骤S101，初始化步骤，将优化向量初始化，得到预备优化向量，上述优化向量包括多 个通信参数；
步骤S102，优化步骤，采用牛顿最速下降梯度法优化上述预备优化向量，得到目标优化 向量，采用牛顿最速下降梯度法优化预备和速率，得到目标和速率，上述预备和速率为上述 第一用户的和速率与上述第二用户的上述和速率的和；
步骤S103，判断步骤，判断目标差值是否小于预设值，判断上述目标优化向量是否同时 满足和速率约束条件、公共速率约束条件和总功率约束条件，上述目标差值为当前优化过程 的上述目标和速率与上次上述优化过程的上述目标和速率的差值；
步骤S104，更新步骤，在上述目标差值等于或大于上述预设值且上述目标优化向量同时 满足上述和速率约束条件、上述公共速率约束条件和上述总功率约束条件时，采用上述目标 和速率替换上述预备和速率，采用上述目标优化向量替换上述预备优化向量；
步骤S105，依次重复上述优化步骤、上述判断步骤和上述更新步骤至少一次，直至上述 目标差值小于上述预设值或上述目标优化向量至多满足上述速率约束条件、上述公共速率约 束条件和上述总功率约束条件中的任意一个；
步骤S106，在上述目标差值小于上述预设值时，输出第一最优优化向量，输出第一最大 和速率，在上述目标优化向量至多满足上述和速率约束条件、上述公共速率约束条件和上述 总功率约束条件中的任意一个时，输出第二最优优化向量，输出第二最大和速率，上述第一 最优优化向量为当前优化过程的上述目标优化向量，上述第一最大和速率为当前上述优化过 程的上述目标和速率，上述第二最优优化向量为上次上述优化过程的上述目标优化向量，上 述第二最大和速率为上次上述优化过程的上述目标和速率。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的 部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式 实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如上述单元的划分，可以为一种 逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以 集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的 耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以 是电性或其它的形式。
上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部 件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。 可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个 单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以 采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
上述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以 存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对 现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该 计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人 计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例上述方法的全部或部分步骤。而前 述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM， RandomAccessMemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：
1)、本申请的协作速率分割多址系统最大和速率的确定方法中，首先，通过初始化步骤 将优化向量初始化，得到预备优化向量，上述优化向量包括多个通信参数；之后，通过优化 步骤，采用牛顿最速下降梯度法优化上述预备优化向量，得到目标优化向量，采用牛顿最速 下降梯度法优化预备和速率，得到目标和速率，上述预备和速率为上述第一用户的和速率与 上述第二用户的上述和速率的和；之后，通过判断步骤判断目标差值是否小于预设值，判断 上述目标优化向量是否同时满足和速率约束条件、公共速率约束条件和总功率约束条件，上 述目标差值为当前优化过程的上述目标和速率与上次上述优化过程的上述目标和速率的差 值；之后，通过更新步骤在上述目标差值等于或大于上述预设值且上述目标优化向量同时满 足上述和速率约束条件、上述公共速率约束条件和上述总功率约束条件时，采用上述目标和 速率替换上述预备和速率，采用上述目标优化向量替换上述预备优化向量；之后，依次重复 上述优化步骤、上述判断步骤和上述更新步骤至少一次，直至上述目标差值小于上述预设值 或上述目标优化向量至多满足上述速率约束条件、上述公共速率约束条件和上述总功率约束 条件中的任意一个；最后，在上述目标差值小于上述预设值时，输出第一最优优化向量，输 出第一最大和速率，在上述目标优化向量至多满足上述和速率约束条件、上述公共速率约束 条件和上述总功率约束条件中的任意一个时，输出第二最优优化向量，输出第二最大和速率， 上述第一最优优化向量为当前优化过程的上述目标优化向量，上述第一最大和速率为当前上 述优化过程的上述目标和速率，上述第二最优优化向量为上次上述优化过程的上述目标优化 向量，上述第二最大和速率为上次上述优化过程的上述目标和速率。该方法通过牛顿最速下 降梯度法优化预备优化向量和预备和速率，即通过牛顿最速下降梯度法求解约束条件包括和 速率约束条件、公共速率约束条件和总功率约束条件且目标函数为预备和速率的凸二次约束 二次规划优化问题，在目标差值小于预设值时，输出第一最大和速率，在目标优化向量至多 满足和速率约束条件、公共速率约束条件和总功率约束条件中的任意一个时，输出第二最大 和速率，即在满足牛顿最速下降梯度法的收敛精度或者不满足凸二次约束二次规划优化问题 的约束条件时，得到最大和速率。该方法解决了现有技术中协作速率分割多址系统中远距离 用户通信质量差的问题。
2)、本申请的协作速率分割多址系统最大和速率的确定装置中，初始化单元，将优化向 量初始化，得到预备优化向量，上述优化向量包括多个通信参数；优化单元，采用牛顿最速 下降梯度法优化上述预备优化向量，得到目标优化向量，采用牛顿最速下降梯度法优化预备 和速率，得到目标和速率，上述预备和速率为上述第一用户的和速率与上述第二用户的和速 率的和；判断单元，判断目标差值是否小于预设值，判断上述目标优化向量是否同时满足和 速率约束条件、公共速率约束条件和总功率约束条件，上述目标差值为当前优化过程的上述 目标和速率与上次上述优化过程的上述目标和速率的差值；更新单元，在上述目标差值等于 或大于上述预设值且上述目标优化向量同时满足上述和速率约束条件、上述公共速率约束条 件和上述总功率约束条件时，采用上述目标和速率替换上述预备和速率，采用上述目标优化 向量替换上述预备优化向量；迭代单元，依次重复上述优化单元、上述判断单元和上述更新 单元至少一次，直至上述目标差值小于上述预设值或上述目标优化向量至多满足上述速率约 束条件、上述公共速率约束条件和上述总功率约束条件中的任意一个；输出单元，在上述目 标差值小于上述预设值时，输出第一最优优化向量，输出第一最大和速率，在上述目标优化 向量至多满足上述和速率约束条件、上述公共速率约束条件和上述总功率约束条件中的任意 一个时，输出第二最优优化向量，输出第二最大和速率，上述第一最优优化向量为当前优化 过程的上述目标优化向量，上述第一最大和速率为当前上述优化过程的上述目标和速率，上 述第二最优优化向量为上次上述优化过程的上述目标优化向量，上述第二最大和速率为上次 上述优化过程的上述目标和速率。该装置通过牛顿最速下降梯度法优化预备优化向量和预备 和速率，即通过牛顿最速下降梯度法求解约束条件包括和速率约束条件、公共速率约束条件 和总功率约束条件且目标函数为预备和速率的凸二次约束二次规划优化问题，在目标差值小 于预设值时，输出第一最大和速率，在目标优化向量至多满足和速率约束条件、公共速率约 束条件和总功率约束条件中的任意一个时，输出第二最大和速率，即在满足牛顿最速下降梯 度法的收敛精度或者不满足凸二次约束二次规划优化问题的约束条件时，得到最大和速率。 该装置解决了现有技术中协作速率分割多址系统中远距离用户通信质量差的问题。
3)、本申请的协作速率分割多址系统最大和速率的确定系统，包括：一个或多个处理器， 存储器以及一个或多个程序，其中，上述一个或多个程序被存储在上述存储器中，并且被配 置为由上述一个或多个处理器执行，上述一个或多个程序包括用于执行任意一种上述的方法。 该系统通过牛顿最速下降梯度法优化预备优化向量和预备和速率，即通过牛顿最速下降梯度 法求解约束条件包括和速率约束条件、公共速率约束条件和总功率约束条件且目标函数为预 备和速率的凸二次约束二次规划优化问题，在目标差值小于预设值时，输出第一最大和速率， 在目标优化向量至多满足和速率约束条件、公共速率约束条件和总功率约束条件中的任意一 个时，输出第二最大和速率，即在满足牛顿最速下降梯度法的收敛精度或者不满足凸二次约 束二次规划优化问题的约束条件时，得到最大和速率。该系统解决了现有技术中协作速率分 割多址系统中远距离用户通信质量差的问题。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员 来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等 同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种协作速率分割多址系统最大和速率的确定方法，其特征在于，所述协作速率分割多址系统包括发送端、第一用户和第二用户，所述第一用户与所述发送端的距离小于所述第二用户与所述发送端的距离，所述方法包括：
初始化步骤，将优化向量初始化，得到预备优化向量，所述优化向量包括多个通信参数；
优化步骤，采用牛顿最速下降梯度法优化所述预备优化向量，得到目标优化向量，采用牛顿最速下降梯度法优化预备和速率，得到目标和速率，所述预备和速率为所述第一用户的和速率与所述第二用户的所述和速率的和；
判断步骤，判断目标差值是否小于预设值，判断所述目标优化向量是否同时满足和速率约束条件、公共速率约束条件和总功率约束条件，所述目标差值为当前优化过程的所述目标和速率与上次所述优化过程的所述目标和速率的差值；
更新步骤，在所述目标差值等于或大于所述预设值且所述目标优化向量同时满足所述和速率约束条件、所述公共速率约束条件和所述总功率约束条件时，采用所述目标和速率替换所述预备和速率，采用所述目标优化向量替换所述预备优化向量；
依次重复所述优化步骤、所述判断步骤和所述更新步骤至少一次，直至所述目标差值小于所述预设值或所述目标优化向量至多满足所述速率约束条件、所述公共速率约束条件和所述总功率约束条件中的任意一个；
在所述目标差值小于所述预设值时，输出第一最优优化向量，输出第一最大和速率，在所述目标优化向量至多满足所述和速率约束条件、所述公共速率约束条件和所述总功率约束条件中的任意一个时，输出第二最优优化向量，输出第二最大和速率，所述第一最优优化向量为当前优化过程的所述目标优化向量，所述第一最大和速率为当前所述优化过程的所述目标和速率，所述第二最优优化向量为上次所述优化过程的所述目标优化向量，所述第二最大和速率为上次所述优化过程的所述目标和速率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发送端发送叠加信号至所述第一用户且发送端发送所述叠加信号至所述第二用户，所述叠加信号包括公共信号、第一私有信号和第二私有信号，所述第一用户发送中继信号至所述第二用户，在初始化步骤之前，所述方法包括：
对所述第一用户接收的所述公共信号进行解码，得到第一公共干扰值、第一公共信干噪比和第一公共速率，对所述第二用户接收的所述公共信号进行解码，得到第二公共干扰值和第二公共信干噪比，对所述第一用户接收的所述第一私有信号进行解码，得到第一私有干扰值、第一私有信干噪比和第一私有速率，对所述第二用户接收的第二私有信号进行解码，得到第二私有干扰值、第二私有信干噪比和第二私有速率，对所述第二用户接收的所述公共信号和所述中继信号联合解码，得到所述第二公共速率，所述第一公共干扰值为所述第一用户接收的所述公共信号中的噪声信号与干扰信号的和，所述第二公共干扰值为所述第二用户接收的所述公共信号中的所述噪声信号与所述干扰信号的和，所述第一私有干扰值为所述第一用户接收的所述第一私有信号中的所述噪声信号与所述干扰信号的和，所述第二私有干扰值为所述第二用户接收的所述第二私有信号中的所述噪声信号与所述干扰信号的和；
根据所述第一公共速率、所述第二公共速率、所述第一私有速率、所述第二私有速率，计算所述第一用户的所述和速率与所述第二用户的所述和速率的和，得到所述预备和速率，所述第一用户的所述和速率为所述第一公共速率与所述第一私有速率的和，所述第二用户的所述和速率为所述第二公共速率与所述第二私有速率的和；
采用预编码矩阵、时间分配参数，所述第一公共干扰值、所述第二公共干扰值、所述第一私有干扰值、所述第二私有干扰值、所述第一公共信干噪比、所述第二公共信干噪比、所述第一私有信干噪比、所述第二私有信干噪比、所述第一公共速率、所述第二公共速率、所述第一私有速率、所述第二私有速率作为元素组成所述优化向量，所述时间分配参数为第一传输时间与第二传输时间的比值，所述第一传输时间为传输所述公共信号所需时间与私有信号传输时间的和，所述私有信号传输时间为传输所述第一私有信号所需时间与传输所述第二私有信号所需时间的和，所述第二传输时间为所述第一传输时间与传输所述中继信号所需时间的和。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，初始化步骤，包括：
将所述预编码矩阵、所述时间分配参数，所述第一公共干扰值、所述第二公共干扰值、所述第一私有干扰值、所述第二私有干扰值、所述第一公共信干噪比、所述第二公共信干噪比、所述第一公共速率、所述第二公共速率、所述第一私有信干噪比、所述第二私有信干噪比、所述第一私有速率、所述第二私有速率初始化。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预编码矩阵包括公共预编码向量、第一私有预编码向量和第二私有预编码向量，初始化步骤，还包括：
将所述公共预编码向量、所述第一私有预编码向量和所述第二私有预编码向量初始化，所述公共预编码向量用于对所述公共信号编码，所述第一私有预编码向量用于对所述第一私有信号编码，所述第二私有预编码向量用于对所述第二私有信号编码。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，判断所述目标优化向量是否同时满足和速率约束条件、公共速率约束条件和总功率约束条件，包括：
在所述目标优化向量同时满足第一和速率约束条件和第二和速率约束条件时，确定所述标优化向量满足所述和速率约束条件；
在所述目标优化向量同时满足第一公共率约束条件和第二公共速率约束条件时，确定所述标优化向量满足所述公共速率约束条件；
在所述目标优化向量满足发送端总功率的约束条件时确定所述目标优化向量满足所述总功率约束条件。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，优化步骤，包括：
计算上次优化过程的第一预备向量与预设系数的乘积，得到第二预备向量，所述第一预备向量包括所述预备优化向量和所述预备和速率；
计算上次优化过程的所述第一预备向量与所述第二预备向量的和，得到目标向量；
根据目标向量，输出所述目标优化向量和所述目标和速率。
7.一种协作速率分割多址系统最大和速率的确定装置，其特征在于，所述协作速率分割多址系统包括发送端、第一用户和第二用户，所述第一用户与所述发送端的距离小于所述第二用户与所述发送端的距离，所述装置包括：
初始化单元，将优化向量初始化，得到预备优化向量，所述优化向量包括多个通信参数；
优化单元，采用牛顿最速下降梯度法优化所述预备优化向量，得到目标优化向量，采用牛顿最速下降梯度法优化预备和速率，得到目标和速率，所述预备和速率为所述第一用户的和速率与所述第二用户的所述和速率的和；
判断单元，判断目标差值是否小于预设值，判断所述目标优化向量是否同时满足和速率约束条件、公共速率约束条件和总功率约束条件，所述目标差值为当前优化过程的所述目标和速率与上次所述优化过程的所述目标和速率的差值；
更新单元，在所述目标差值等于或大于所述预设值且所述目标优化向量同时满足所述和速率约束条件、所述公共速率约束条件和所述总功率约束条件时，采用所述目标和速率替换所述预备和速率，采用所述目标优化向量替换所述预备优化向量；
迭代单元，依次重复所述优化单元、所述判断单元和所述更新单元至少一次，直至所述目标差值小于所述预设值或所述目标优化向量至多满足所述速率约束条件、所述公共速率约束条件和所述总功率约束条件中的任意一个；
输出单元，在所述目标差值小于所述预设值时，输出第一最优优化向量，输出第一最大和速率，在所述目标优化向量至多满足所述和速率约束条件、所述公共速率约束条件和所述总功率约束条件中的任意一个时，输出第二最优优化向量，输出第二最大和速率，所述第一最优优化向量为当前优化过程的所述目标优化向量，所述第一最大和速率为当前所述优化过程的所述目标和速率，所述第二最优优化向量为上次所述优化过程的所述目标优化向量，所述第二最大和速率为上次所述优化过程的所述目标和速率。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，所述程序执行权利要求1至6中任意一项所述的方法。
9.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至6中任意一项所述的方法。
10.一种协作速率分割多址系统最大和速率的确定系统，其特征在于，包括：一个或多个处理器，存储器以及一个或多个程序，其中，所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行权利要求1至6中任意一项所述的方法。
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