[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

说明书

本发明属于协作传输技术领域，公开了一种基于信息和能量同时传输技术的能量采集网络资源分配方法，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，即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。本发明在满足每个用户速率最低要求下，提高了系统的容量和频谱利用率。

技术领域

本发明属于协作传输技术领域，尤其涉及一种基于信息和能量同时传输(SWIPT)技术的能量采集协作网络资源分配方法。

背景技术

目前，在引入SWIPT技术的无线传输网络中，协作传输模式下的资源分配方案已经考虑了单用户系统中多载波上的功率分配和功率分割比(PS)，或者单用户系统中多载波上的功率分配和时间分割比(TS)，或者非协作模式下多用户系统联合考虑了功率分配，功率分割比及子载波分配，以实现系统能量效率或者系统容量最大化，其中传输技术方案一般采用PS协议、TS协议。另外，针对建立的优化模型多为简单的凸优化问题，采用传统的求解凸优化问题的方法(优化工具包，KKT条件)即可，少量的技术方案中建立的模型也有非凸的优化问题，采用的拉格朗日对偶问题求解。

但现有的技术方案存在一些问题：建立单用户模型与实际应用有较大差距，因此考虑多用户的传输系统是有必要的；单纯的多用户非协作模式传输系统，并不能有效地发挥多输入多输出(MIMO)技术的优势，获得分集和复用增益；尽管有些协作传输时考虑多用户的模型，最大化用户和速率，且得到最优的功率分割比以及最优的功率分配，但是并未考虑每个用户的最小速率约束，这使得用户之间的公平性不能得到保证，导致信道条件好的用户会获得更高的传输速率，信道条件下差的用户可能不会被服务。采用传统的转发协议，由于中继的半双工特性，尽管系统性能有所提升，但频谱效率会减半。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了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。该算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；该算法在传输机制选择上采用增量AF-OFDM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。

本发明具体的技术方案为：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，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；该算法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。

进一步，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。

进一步，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：