[发明专利]一种基于无线输能的无线传感网络资源分配方法

说明书

本发明公开了一种基于无线输能的无线传感网络资源分配方法，应用于无线携能传输非正交多址接入的通信系统，包括：步骤1、设置初始的能量效率q⁰，设置初始数值n＝0；步骤2、令n＝n+1，设置第一时间分配系数第二时间分配系数τ⁽ⁿ⁾和发射功率P⁽ⁿ⁾，计算能量效率q⁽ⁿ⁾；步骤3、判断q⁽ⁿ⁾‑q^(n‑1)＜ε是否成立，若是，进入步骤4，若否，进入步骤5；其中，ε为误差阈值；步骤4、确定τ⁽ⁿ⁾为最优时间分配系数，确定P⁽ⁿ⁾为最优发射功率；步骤5、令n＝n+1，把τ^(n‑1)、P^(n‑1)代入函数F(τ₀,τ,q,P)中，利用内点法求出P⁽ⁿ⁾，计算能量效率q⁽ⁿ⁾，进入步骤3。该方法实现提高能量利用效率。

技术领域

本发明涉及无线传感网络技术领域，特别是涉及一种基于无线输能的无线传感网络资源分配方法。

背景技术

目前，电池的寿命一直是现代无线移动设备的一项重要指标之一，无线设备在数量多的情景下进行电池的更换或再充电是非常麻烦和高成本的。针对这种情况，无线能量传输技术被提出来解决电池寿命的问题。这个技术利用电磁波的远场辐射特性，无线设备可以接收从能量发射机发射的射频信号，能量发射机的能量可以通过各种可再生能源例如太阳能、风力、水力等收集能量。无线能量传输技术适用于支持低功耗的无线设备如：无线射频识别、无线传感器、移动通讯设备等，由于天线技术和射频芯片技术的日趋成熟，这个技术将会运用在物联网、大规模无线传感网络等应用场景中。

现今，世界正面临着能源危机和环境污染的两大问题，节能减排已经成为各个行业的一项重要指标，因此，在通信行业中产生了一种新的概念“绿色通信”。绿色通信是以节能减耗为目标的无线通信，主要的机制是保证用户传输质量和传输速率的同时，尽可能的降低能耗，减少碳排放量，其中有一项重要的指标被用来判断绿色通信的性能——能量效率，所以，如何设计合适的资源分配方案使得能量效率最大化尤为重要。

非正交多址接入(NOMA)在第五代移动通信网络中被提出用来提高频谱效率和吞吐量的新多址接入技术。该技术采用在发送端采用非正交发送，在接收端通过设计串行干扰的接收机实现正确解调。不同于其他正交多址接入(OMA)技术，NOMA在时域和频域上的资源不再只分配给一个用户，而是多个用户共享同一个资源，从而大大提高无线频谱效率、吞吐量和用户的接入量。

现在已有的基于无线输能的无线传感网络资源分配方案由论文“Throughputmaximization in wireless powered communication networks,”IEEETrans.Wireless.Commun.,vol.13,no.1,pp.418-428,Jan.2014给出。这篇文章描述了能量和时间分配的方案，提出优化分配能量的能量波束成型向量和每个用户发送信息的时隙系数，目的是最大化用用户到基站的吞吐量，该论文的系统是基于OMA，而不是基于NOMA的。论文“Energy efficient resource allocation for wireless powered communicationnetworks,”IEEE Trans.Wireless Commun.,vol.15,no.3,pp.2312–2327,Mar.2016描述了基于无线携能的时分多址接入(TDMA)的用户的功率分配和能量、信息传输的时间分配方案，优化每个用户的发射功率和每个用户发送信息的时隙系数和能量传输的时隙系数，目的是最大化系统的能量效率，该论文也是基于OMA，而不是基于NOMA的。相似的专利有“一种基于时隙分配的无线携能通信信号接收方法及接收机”，这篇专利描述了一个基于无线携能传输系统中的信号接收方法和接收机的设计，同时在接收机上设计能量和信息接收的时间分配，提高系统的性能。