Maximizing long-term average system communication capacity of SWIPT-enabled AF relay system via Lyapunov optimization

摘要：针对支持swipt的单AF中继通信系统，在保证中继和目的节点LTA电池能量受限的前提下，研究中继的传输功率管理问题，以最大化长期平均(LTA)系统通信容量。由于该问题涉及LTA表达式，因此采用了Lyapunov优化框架。首先对问题进行形式化描述，然后针对中继节点和目的节点的电池能量约束，构造两个虚拟队列。其次，通过构造一个结合原始目标函数和长期平均约束的漂移加惩罚函数，将原问题转化为一个没有LTA约束的全局优化问题;通过将目标函数替换为只涉及当前时隙的上界表达式，将新的全局优化问题进一步转化为时隙局部优化问题。本文提出了一种基于Lyapunov优化的长期平均通信容量优化算法(long-term average communication capacity optimization based on Lyapunov optimization, LTCOL)，通过求解时隙局部问题来在线确定中继节点的传输功率。给出并证明了LTCOL的一些重要性质，包括保证的LTA约束和系统通信容量的可控制的下界。仿真结果验证了LTCOL算法的优越性。