[发明专利]基于信息和能量传输的能量采集协作网络资源分配方法

权利要求书

1.一种基于信息和能量同时传输技术的能量采集协作网络资源分配方法，其特征在于，所述能量采集协作网络资源分配方法考虑多用户系统并涉及多个维度变量包括增量策略，子载波分配，功率分割比以及功率分配，在满足每个用户最小的速率约束下，最大化所有用户的和速率；在传输机制选择上采用增量放大转发-正交频分复用转发策略，有效地利用第二时隙子载波传输新的信息，从而提高频率效率；

所述基于信息和能量同时传输技术的能量采集协作网络资源分配方法包括：

引入增量策略二进制变量，二进制变量指示第二个时隙传输方式，当第一时隙采用的是直接传输方式时，第二时隙发送新的数据；当第二时隙采用转发方式时，第二时隙中继转发信息到目的端；

中继协作传输过程中找到最佳功率分割比，中继收集到能量用于第二时隙的信息传输；

在两个时隙内每个子载波上分配最佳的功率，满足每个用户最低速率要求下，根据信道条件，将子载波分配给用户，实现系统容量最大化；

所述基于信息和能量同时传输技术的能量采集协作网络资源分配方法进一步包括以下步骤：

获取传输时隙内各子载波上的信道状态信息；根据资源分配算法，计算各子载波上的最优功率分配及确定子载波分配、增量策略、最优功率分割比；有用数据传输过程中，第一时隙，源以计算的功率在各个子载波上广播数据，中继与目的端接收，采用中继转发策略时，源发送功率的一部分用于该时隙的信息传输，另一部分由中继采集用于下一时隙的信息传输，而增量策略决定第二时隙的传输策略，中继以计算的功率转发信息到目的端，或源以计算的功率发送新数据给目的端；

所述基于信息和能量同时传输技术的能量采集协作网络资源分配方法具体包括以下步骤：

步骤一，获取传输时隙内各子载波上的信道状态信息，源节点，中继节点，目的节点分别用S,R,D表示，设链路S→R,R→D,S→D，准静态信道参数分别为h_sc,n,k，h_cd,n,k，h_sd,n,k其中n＝1,2,…,N为子载波n，k表示第k个用户；

步骤二，根据多维度资源分配算法，计算两个时隙子载波n上的最优功率分配p_sd,n,k，p_sc,n,k，p_rc,n,k及确定子载波分配φ_n,k、增量策略λ_cn，λ_dn、最优功率分割比ρ；

所述多维度资源优化算法引入增量策略二进制变量λ_cn,λ_dn∈{0,1}，分别表示本次传输两个时隙采用中继转发或者直接传输，设置的变量应满足以下条件：

λ_cn+λ_dn＝1；

确定子载波分配(0,1)矩阵[φ_n,k]_N×K,矩阵每一个元素取值如下：

步骤三，有用数据传输过程中，第一时隙，源以计算的功率p_sd,n,k，p_sc,n,k在各个子载波上广播数据，中继与目的端接收，中继转发策略下，源发送功率的(1-ρ)比例部分用于该时隙的信息传输，ρ比例的功率由中继采集用于下一时隙的信息传输，根据增量策略，确定第二时隙的传输策略，即中继以计算的功率p_rc,n,k转发信息到目的端，或源以计算的功率p_sd,n,k给目的端发送新数据，实现一次完整的信息传输过程；

多维度资源优化算法首先采用二进制变量松弛，将问题化为凸优化问题，然后使用拉格朗日对偶理论求解；固定功率分割比，求解得到的最优的功率分配为：

其中G＝κγ_n,k+(κηρ-υ)β_n,k，[x]⁺＝max(0,x),

μ_k,υ,κ为拉格朗日乘子；p_sd,n,k，p_sc,n,k，p_rc,n,k分别为两个时隙源和中继在直接传

输和转发的发送功率；假设所有链路噪声均为加性高斯白噪声服从均值为零方差为σ²的分布，因此，S→R,R→D,S→D链路信噪比分别为

采用边缘收益函数来对子载波进行分配，定义边缘收益函数为原优化问题的拉格朗日函数对子载波用户分配变量的一阶偏导值，由于信道条件是不同的，因此对于不同的用户来说，边缘收益函数值不同，子载波将分配给使边缘收益函数最大的用户，即

原优化问题的拉格朗日函数为L(p，z，ρ，μ，υ，κ)，直接传输模式下的边缘收益函数Q_dn,k为：

其中z_dn,k表示子载波采用直接传输方式，分配给用户k的情况，子载波n将分配给使得边缘收益函数Q_dn,k最大的一个用户k，即

同理，确定z_cn,k，z_cn,k表示子载波采用协作传输传输方式，分配给用户k的情况，

子载波n将分配给使得边缘收益函数Q_cn,k最大的一个用户k；

采用信息和能量同时传输技术，通过一维搜索的方法找到最佳的功率分割比ρ，固定拉格朗日乘子，并且设定步长，穷举[0,1]中的值，计算功率分配，二进制变量，以及子载波-用户分配变量，直到搜索到使拉格朗日对偶函数最大的ρ^*，按照这种能量采集策略进行信息和能量传输可使用户和速率最大化。

2.一种应用权利要求1所述基于信息和能量同时传输技术的能量采集协作网络资源分配方法的中继协作传输系统。