[发明专利]H-CRAN中基于SWIPT的能量分配与时隙切换系数联合优化方法

说明书

本发明公开了一种H‑CRAN中基于SWIPT的能量分配与时隙切换系数联合优化方法。本发明以异构云无线接入网系统能量效率最大化为优化目标建立优化模型，通过用户和子信道双向选择进行最佳子信道分配，在给定时隙切换系数和功率情况下分别进行最佳功率分配和时隙切换系数的优化，在用户最小速率门限和最小能量收集门限的约束下，使系统性能达到所需要求。本发明分析了用户最小速率门限和最小能量收集门限对系统能量效率的影响。研究表明，随着用户最小能量收集门限的增加，系统的能量效率逐渐降低，用户最小速率门限对系统能效几乎没有影响，采用SWIPT的系统能效高于未采用SWIPT的系统能效。采用本发明方法可以使异构云无线接入网的能量效率最大化。

技术领域

本发明属于信息与通信工程技术领域，提出了异构云无线接入网(HeterogeneousCloud RadioAccess Network,H-CRAN)中基于无线携能通信(Simultaneous WirelessInformation and Power Transfer,SWIPT)的能量分配与时隙切换系数联合优化方法。

背景技术

随着数据流量的爆炸式增长，传统的网络架构已经不能满足当前的业务需求，业界相继提出了密集异构网络和云无线接入网来分别应对海量业务和海量数据的处理。借助于云无线接入网的处理速度和密集异构网络的覆盖性，业界提出了异构云无线接入网(H-CRAN)作为新一代通信网络架构。如何合理地分配有限的频谱资源是异构云无线接入网中亟待解决的问题之一。与此同时，随着终端设备的增加，巨大的能量消耗也变得尤其严重。目前，绝大数设备都是采用有限容量的电池进行供电，供电场景受到的约束较大。而从自然界获取的风能、热能和水能等清洁能源虽然一定程度上能缓解能源的消耗问题，但是这种自然能源受到环境的因素影响较大。

作为无线信息传输(Wireless Information Transmission,WIT)和无线能量传输(Wireless Power Transmission,WPT)的结合，无线携能通信(SWIPT)技术能够实现能量与信息的同时传输。此外，基于非正交多址接入(Non-orthogonal MultipleAccess,NOMA)的无线通信系统允许一种资源同时分配给多个用户，进一步提升了频谱效率，受到科研工作者的广泛关注。

SWIPT为能量受限网络中的节点提供了无线能量收集新方法，实现信息与能量的同时传输。NOMA允许相同的资源分配给多个用户以提高频谱效率。H-CRAN能够解决云无线接入网络控制信息传输复杂、无法和已有移动通信网络融合等问题，被认为是5G的新型网络架构。作为三者的结合，H-CRAN中基于SWIPT的新型网络架构充分利用了SWIPT信息与能量同时传输的特性和NOMA提升频谱效率的优点，在保证用户能量收集约束和信息传输率的同时，有望提高系统的能量效率(Energy Efficiency,EE)。

发明内容

本发明针对基于SWIPT的H-CRAN下行链路，给出了一种以最大化能量效率为目标的子信道、发射功率和时隙切换系数联合优化方法。该方法涉及子信道的分配，发射功率的分配和时隙分割因子的联合优化设计，主要分析在约束条件下系统的能量效率。

本发明的技术方案包括以下步骤：

步骤1、异构云无线接入网中基于SWIPT的能量(功率)和时隙切换系数联合优化方法的场景假设与建模：