[发明专利]一种数能一体化网络中的频分复用资源分配方法

说明书

本发明公开了一种数能一体化网络中的频分复用资源分配方法，包括步骤：确定系统模型，分配传输协议；根据系统特性定义传输策略；求每个用户的接收信号、接收能量和下行信息传输速率；求基站的接收信号和上行信息传输速率；定义优化目标为综合优化上下行最大信息传输速率，得到优化目标表达式以及其约束；根据优化目标表达式以及其约束求解出最优子载波传输功率；根据优化目标表达式以及其约束求解出最优化子载波分配。本发明采用了基于拉格朗日对偶法以及椭球法的功率和子载波联合优化算法获取上下行最大的信息传输速率和，功率和子载波联合优化算法较传统的子载波固定算法的上下行传输效率有较大提升。

技术领域

本发明属于通信网络技术领域，尤其涉及一种数能一体化网络中的频分复用资源分配方法。

背景技术

能量收集(Energy Harvesting，EH)技术因其能为无线传感网络等能量受限网络提供稳定的能量并延长网络生命周期而具有大好发展前景。能量收集技术的能量来源不仅包括周围环境的大多数自然能源，如太阳能、光能、风能、热能、化学能等，还可以将接收的周围无线信号转化成一种电能，如人工获取的射频(Radio Frequency，RF)信号，而基于RF信号的能量收集因其可以不受天气环境影响并提供稳定能量成为研究热点。

随着无线网络技术的快速发展和移动设备的数量急剧增加，如手机和可穿戴设备等用户设备(UEs)产生了巨大的数据量，如何为这些设备无线供能成为一个具有挑战性的问题。无线能量传输(Wireless Energy Transfer，WET)技术可以收集外在RF信号并通过电路设计将其转化为直流(Direct Current，DC)电路用于无线信息传输(WirelessInformation Transfer，WIT)，从而处理一些能量受限和不稳定网络的能量瓶颈问题。数能一体化通信网络(Data and energy integrated communication networks，DEINs)是一种能实现数据与能量协作传输的新型网络。在数能一体化网络中，能量和数据可以同时传输，亦可以通过传输能量信号为能量受限设备提供能量进行信息传输，延长网络寿命。在一个典型的多用户数能一体化网络中，基站通过下行WET为用户提供能量，而用户通过这些能量来进行上行WIT。

数能一体化网络在信息传输的基础上增加能量传输意味着在原有资源固定不变的条件下，信息传输需要让渡部分资源给能量传输，传统无线通信网络的资源分配方法已经无法应用于数能一体化网络，需要探寻全新网络形式下的资源分配策略。

数能一体化网络的正常运行必须考虑上行传输信息利用下行传输的能量，也即必须对数能一体化网络继续上下行联合分析才能兼顾数能一体化网络的现实意义，而不仅仅是只分析上行传输数据、下行传输能量的情况，数能一体化网络的上下行通信都有实际需求，下行能量稳定供应以使上行传输更多数据是实际需求，下行传输通信数据信号也是实际需求，有效合理的资源分配才能使数能一体化网络上下行数据传输的有效平衡具有现实意义，而这也是当前的研究没有做到的。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决现有技术中对于多用户数能一体化通信网络能量利用效率缺乏研究，并且在资源分配时没有综合考虑上下行数据传输的有效平衡，而提供一种数能一体化网络中的频分复用资源分配方法，包括以下步骤：

S1：确定系统模型，并为其分配传输协议；

S2：根据系统特性定义传输策略；

S3：假设通信过程中的子载波带宽一致，假设已知信道状态信息且不改变，求每个用户的接收信号、接收能量和下行信息传输速率；

S4：求基站的接收信号和上行信息传输速率；

S5：定义优化目标为综合优化上下行最大信息传输速率，得到优化目标表达式以及其约束；

S6：根据优化目标表达式以及其约束求解出最优子载波传输功率；