[发明专利]一种基于5G高低频段的同时无线信息与能量传输方法

说明书

本发明公开了一种基于5G高低频段的同时无线信息与能量传输方法，首先设计基于5G高低频段的同时无线信息和能量传输网络，然后建立高低混频网络中资源分配问题模型，最后结合最优匹配理论和拉格朗日对偶分解设计联合功率和信道分配的优化算法，网络的覆盖区域包括热点区域和广域覆盖区域，位于广域覆盖区域中的用户只能通过低频带从基站接收信息，位于热点区域中的用户可以通过高频段从基站接收信息，同时通过低频带收集能量，热点区域中的设备采集的能量来自广域覆盖区域中用户的数据信号。本发明相比传统单频网络，不仅可以提高小区边缘用户的吞吐量，还可以改进小区中心用户的能量收集效率，在能量收集效率和用户公平性方面具有巨大的优势。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于5G高低频段的同时无线信息与能量传输方法，可用于5G无线通信系统中。

背景技术

随着通信技术的发展，第五代移动通信(5G，the fifth generation of mobilecommunications)有望在2020年及以后实现商业化应用。与前几代移动通信系统相比，5G可以为用户提供Gbps用户体验数据速率和几乎为零的端到端传输延迟，这促使一些新的应用(如超高清视频、移动云、虚拟现实等)可以在移动状态下被支持。除了提高用户的服务质量(QoS，quality-of-service)之外，提高用户的体验质量(QoE，qualityof-experience)也是5G需要解决的一个主要问题。然而，更高的数据传输速率带来了更多的能耗，进而降低了用户的QoE，尤其是对于使用电池供电设备的用户。此外，诸如可穿戴设备和传感器节点之类的物联网(IoT)设备对能量的匮乏更为敏感，因为对这些设备进行充电很不方便，且有时是不可行的(如危险地区或野外的传感器节点)。因此，如何处理设备节能与速率提升之间的矛盾已成为5G无线网络设计中的一个突出问题。

为了解决上述问题，同时无线信息和能量传输技术(SWIPT，simultaneouswireless information and power transfer)被业界所提出。虽然现有的研究工作促进了SWIPT技术的发展和应用，但这些研究仅关注于单频段的移动通信系统，没有充分考虑混频组网的问题，而全频率接入技术(高频和低频)是未来5G的关键技术之一。因此，面向5G低频段(LF，low-frequency band，如3.5GHz)和高频段(HF，high-frequency band，如28GHz)混频网络设计高效的同时无线信息和能量传输技术对于提升用户的QoS和QoE具有重要的应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于5G高低频段的同时无线信息与能量传输方法，在保证用户基本传输速率需求的前提下，提升用户的能量收集效率。

本发明采用以下技术方案：

一种基于5G高低频段的同时无线信息与能量传输方法，首先设计基于5G高低频段的同时无线信息和能量传输网络，然后建立高低混频网络中资源分配问题模型，最后结合最优匹配理论和拉格朗日对偶分解设计联合功率和信道分配的优化算法，网络的覆盖区域包括热点区域和广域覆盖区域，位于广域覆盖区域中的用户通过低频带从基站接收信息，位于热点区域中的用户通过高频段从基站接收信息，同时通过低频带收集能量，热点区域中的设备采集的能量来自广域覆盖区域中用户的数据信号。

具体的，基于5G高低频段的同时无线信息和能量传输网络的设置步骤如下：

S101、设热点区域中的用户广域覆盖区域中的用户

S102、中的用户采用时间切换方案实现信息解码和能量收集，设置固定的时间切换比率α(0≤α≤1)，时间αT用于能量收集，剩余时间(1-α)T用于信息译码，T表示一个操作周期，不失一般性的情况下，T归一化为1；