[发明专利]一种用于无线能量传输网络的多维资源联合调度优化方法

说明书

本发明公开了一种用于无线能量传输网络的多维资源联合调度优化方法，目的是优化发送波束形成、接收合并比例、用户调度和时间分配方案，以最大限度地提高用户的上行链路公平性吞吐量,该网络中混合接入点装配有多天线，并以全双工模式工作,本发明实际考虑系统全双工带来的自干扰，在进行问题求解的同时采用迫零消除的方法将其抵消，最终不仅达到了优化系统上行公平性吞吐量的目的，还克服了远近效应问题。

技术领域

本发明属于无线功率传输技术领域，具体涉及一种用于无线能量传输网络的多维资源联合调度优化方法。

背景技术

随着5G时代的到来，大规模物联网产生，其发展迅速，应用领域又涉及方方面面，有效推动了如工业、农业、安保等基础设施领域的发展，使得有限的资源被更加合理分配。人们的日常生活已离不开互联网，未来物联网在各种应用的广泛进步必然使网络设备的能耗成倍增加，据Statista研究部预测，至2025年，全球将有754.4亿台设备加入物联网。而2020年至2030年的十年时间内，物联网设备将从750亿增长到超过1000亿,国际数据公司预测，机器和传感器等物联网设备预计将在2025年产生79.4ZB数据,数百亿个物联网设备工作需要大量能量，而现有的电池供电方案由于其充电时的活动局限性和电池寿命等问题给物联网的实现带来巨大挑战，此外，大量电池的使用和替换不可避免地招致材料浪费、高昂维护费、环境污染等多重问题。

为弥补物联网设备的能源短缺问题，研究人员不断探索崭新领域以达到为大量微型设备提供无间断能源的目的，因此一系列无线功率传输(WPT)技术被提出。感应耦合和磁共振耦合技术已被一些知名移动公司，如苹果、华为等，用来为其手机产品无线充电。然而，以上两种技术只能满足离无线充电器几毫米远的设备的能量需求，很显然，其并不适用于为远程物联网设备提供能源。

相比之下，射频(RF)信号能够远距离传播，因而可以为远程物联网设备提供灵活可控的无线功率，物联网设备的使用寿命得以大大延长，维护成本显著降低，然而，在RF频带中进行WPT可能会对传统的无线信息传输(WIT)造成过度的干扰。因此，为了同时满足设备的通信和充电要求，需仔细协调WPT和WIT，这是无线能量传输网络(WPCN)的一大研究重点，另外，由于设备从RF信号中收割到的能量有限，如何高效地利用能量成为无线能量传输网络中的又一重要研究方向，动态资源优化调度就是通过优化系统中的多维资源实现整个系统在有限能量的情况下的性能最优。目前，该类网络中的波束形成、时间调度、功率分配等已被大量讨论以最大限度地提高系统吞吐量、吞吐速率。

近年来，随着WPCN研究的不断深入，多天线技术以其在吞吐量和可靠性方面的优越性得到了广泛的应用，此外，高效、快速的全双工(FD)模式也被引入以提高系统总体传输性能，因此，多天线辅助的FD-WPCN以其高时间效率和空间自由度将该领域研究推向新的高潮。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种实现全双工辅助的多天线、多用户无线能量传输网络中多维资源调度的最优，在具体的实施方案中实际考虑全双工带来的干扰并对其进行迫零消除，同时提出联合发射波束形成、接收合并比例、时间分配、用户调度的多维资源调度最优化方法，在克服远近效应的同时寻求用户上行公平性吞吐量的近似最优解的用于无线能量传输网络的多维资源联合调度优化方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于无线能量传输网络的多维资源联合调度优化方法，包括以下步骤：

步骤S1、确定网络模型；

步骤S2、确定MAC层模型；

步骤S3、考虑无线信道的路径损耗，确定信道模型；

步骤S4、根据上述模型，分别量化下行无线功率传输和上行无线信息传输；

步骤S5、根据量化的用户上行吞吐量、收割能量等，利用香农公式，确定最终的优化问题；