[发明专利]时分双工下非正交多址接入的无线通信资源优化分配方法

说明书

本发明涉及一种时分双工下非正交多址接入的无线通信资源优化分配方法，属于无线信息传输、无线能量收集领域。构建系统模型，建立系统中基站与用户间的通信模型，分析时分双工情况下系统上行和下行的总吞吐量，通过一种迭代算法来求解该问题，并通过算法找到最佳资源优化分配方案。有益效果是大大提高下行链路和上行链路总的信息传输效率，达到优化系统性能的目的，同时相比于传统时分双工的信息能量同传技术来说，本发明通过结合非正交多址技术大大提升了频谱效率，达到了降低了时延的目的。

技术领域

本发明涉及无线信息传输、无线能量收集领域，具体是时分双工方式下基于非正交多址的无线能量通信的资源优化分配的方法。结合时分双工的非正交多址接入系统的无线能量通信的资源优化分配方法。

背景技术

在过去的二十年内，无线设备发展迅猛，已广泛地应用在军事、医疗、娱乐等日常生活中。然而，以电池为能量供应的无线设备在网络生存期方面受到限制，频繁的更换电池也会造成不便，成为无线网络发展的一大难题。因此，在未来的无线网络中提高能量效率的可持续性至关重要。无线功率传输WPT研究的最新进展提供了提高能量受限的无线设备的寿命。无线能量传输可以实现能量地供应，无线信息传输WIT可以实现信息解码，能够接收信息，它们各有各的作用，但我们也可以把这两者结合起来，因为射频RF是信息和能量的载体。受此启发，最近出现了一种名为无线信息能量同传 SWIPT的先进技术，旨在实现信息和能量的并行传输。

此外，可用的无线电频谱远远不足以支持对数据服务的额外高要求，因此在频谱受限系统中提高频谱效率SE尤为重要。传统的正交多址OMA方案，包括广泛用于第四代蜂窝系统4G的正交频分多址OFDMA，由于在正交信道接入中SE的有限改进，越来越难以满足上述要求。允许多个用户共享相同时频资源元素RE的非正交多址NOMA 技术已被公认为在未来第五代5G及以后的有潜力的多址技术，因为它能实现更高的频谱效率，更有可能实现诸如超低延迟、超可靠性和大规模连接等异构要求。

因此，无线信息能量同时传输SWIPT和非正交多址接入技术NOMA被认为是5G 及以后无线网络的两个有前途的技术。将SWIPT技术与NOMA技术相结合，不仅有节能的优点，而且可以提高总的频谱效率。因此，支持SWIPT的NOMA系统的最优资源配置是值得关注的热点问题。

目前国内外针对无线网络中信息与能量传输和非正交多址接入技术的研究都受限于单独的下行链路或上行链路，未有考虑到上行下行结合传输的情况。

发明内容

本发明提供一种时分双工下非正交多址接入的无线通信资源优化分配方法，以解决目前国内外针对无线网络中信息与能量传输和非正交多址接入技术的研究都受限于单独的下行链路或上行链路，未有考虑到上行下行结合传输的情况的问题。本发明将非正交多址的无线信息能量通信的系统结合时分双工，研究了一种基站同时同频根据不同功率分配向其不同用户发送下行链路信息和能量，并通过下行链路收获的能量用于在时分多路接入中向基站反馈上行链路信息的通信方式，通过优化上下行链路的时间分配来进一步优化，提高下行链路和上行链路总的信息传输效率。

本发明采取的技术方案是，包括下列步骤：

(1)构建系统模型，系统中包括了一个基站和多个用户，在非正交多址接入技术NOMA系统下实现系统与用户间的信息能量传输；

(2)建立系统中基站与用户间的通信模型，根据射频信号是信息和能量的载体的特点，构建基站与用户间信号的收发模型；

(3)分析时分双工情况下系统上行和下行的总吞吐量，对总吞吐量进行优化；

(4)通过一种迭代算法来求解该问题，并通过算法找到最佳资源优化分配方案。

本发明所述步骤(1)中构建网络系统模型，包括：