[发明专利]基于非正交多址接入的异构携能通信网络资源分配方法

说明书

本发明涉及异构无线通信技术领域，为一种基于非正交多址接入的异构携能通信网络资源分配方法；所述方法包括在异构携能通信网络中，宏基站为宏蜂窝用户和微蜂窝基站提供数据服务，微蜂窝基站通过非正交多址接入技术发送数据为微蜂窝用户提供数据服务；分析当前系统中基站及用户的传输以及干扰特性，构建满足相应约束的最大化能效优化问题；采用最坏准则方法进行信道不确定性的建模，分别对鲁棒功率分配和时间切换方法进行控制；采用Dinkelbach和连续凸近似方法将其转换为确定性凸优化模型；利用拉格朗日对偶原理和KKT条件，求得最优功率分配参数和时间切换因子并进行资源分配。本发明具有一定的鲁棒性能，可有效降低用户的中断概率。

技术领域

本发明涉及异构无线通信技术领域，具体涉及一种基于非正交多址接入的异构携能通信网络资源分配方法，隶属于绿色通信。

背景技术

随着移动通信技术的发展，多种无线终端和物联网设备对传输速率和频谱资源的需求成为第5代移动通信系统需要考虑的关键模型之一。在该背景下，巨大的能量消耗和日益短缺的频谱资源模型变得尤为严重。因此，5G通信系统需要兼顾高传输速率、低能量消耗两方面的模型。

无线携能通信(SWIPT,Simultaneous Wireless Information and PowerTransfer)被认为是解决无线通信中节点设备能量短缺模型的有效技术。该技术特点是充分利用射频信号具有同时携带数据信息和电磁能量的特点，在实现无线信息传输时，无线终端收集周围能量进行无线充电，从而延长设备寿命。另外，基于非正交多址接入(NOMA)的移动通信系统允许多个用户终端共享相同的时间、频谱等资源，使得系统容量进一步提升。因此基于NOMA的SWIPT系统从一方面避免了能源的无故浪费，也从另一方面实现了对频谱资源的更合适分配与使用。

现有对于NOMA携能的部分研究没有考虑到多用户资源分配的场景，或者在进行资源优化时忽略了能效模型，而且大部分研究都是假设在完美信道条件下所得，在实际场景中可能会引起通信中断，无法满足现实的需求，因此，这种方案需要进行进一步的完善以提高系统的能效。

发明内容

本发明的目的是针对现存研究技术的不足，提供了一种基于非正交多址接入的异构携能通信网络最大化能效的鲁棒算法，既对异构网络内的各用户服务质量，数据传输速率，中断概率以及采集能量的需求提供保障，同时还可以最大化地提升系统的能效。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

一种基于非正交多址接入的异构携能通信网络资源分配方法，所述方法包括：

宏基站为宏蜂窝用户和微蜂窝基站提供数据服务，微蜂窝基站通过非正交多址接入技术发送数据，为微蜂窝用户提供数据服务；

每个终端均含有信息解码和能量收集电路，通过时间切换方法来切换信息和能量的收集信号；

在满足每个终端用户传输数据速率，采集能量需求，基站发射功率，以及跨层干扰约束的前提下；建立出最大化系统能效的优化模型；

采用最坏准则方法进行信道不确定性的建模，分别对鲁棒功率分配以及鲁棒时间切换方法进行控制；从而得到最大化系统能效的鲁棒优化模型；

采用分数规划Dinkelbach方法将鲁棒优化模型的分式形式转化为分子与分母相减的形式，利用连续凸近似方法将非凸优化的鲁棒优化模型转换为确定性凸优化模型；

利用拉格朗日对偶原理，构建出拉格朗日函数，利用KKT条件，给定系统能效，从确定性凸优化模型中求得最优功率分配参数；

从确定性凸优化模型中建立功率切换因子优化模型；根据给定的系统能效以及获得的最优功率分配参数，求解出最优时间切换因子；

按照所述最优功率分配参数进行功率分配，并按照所述最优时间切换因子进行时间切换控制；此时所得到的功率分配以及切换时间控制方案即为最优方案。