[发明专利]基于实时通信能量采集蜂窝网络的联合资源分配方法

摘要

本发明公开了一种基于实时通信能量采集蜂窝网络的联合资源分配方法，属于移动通信技术领域。包括步骤:系统场景分析，问题描述；系统数学模型建立；然后利用优化方法求出最优解。本发明针对特殊的应用场景，来源实际应用，区别与以往的多中继选择方法，摒弃多中继带来的高复杂度和高网络成本，从易于实际运用的角度来研究单中继节点选取算法以及相应的资源分配算法，考虑基于能量采集的单中继协作通信，并推导推导出该场景下的吞吐量的表达式，最大化通信节点之间的吞吐量性能，进行最优化问题的求解，具有现实的指导意义。

主权项

一种基于实时通信能量采集蜂窝网络的联合资源分配方法，其特征在于，包括：步骤1：系统场景分析，问题描述；场景中有一个稳定供电的小蜂窝S，一个能量采集的中继站R和一个目标通信蜂窝用户为D，小蜂窝S和蜂窝用户D之间有直达路径，中继站R选用解码转发工作方式，一个传输过程包括N个数据块，小蜂窝S和中继R占用相等的带宽B，考虑该场景下的小蜂窝S和中继站R的联合资源分配问题；假设能量采集模型采用伯努利过程，用于能量采集的电池容量足够大，除了用于传输消耗的能量忽略不计，信道是慢速的块衰落，其响应时间定义为TP，表示第i数据包传输时信号源S与中继站R之间的信道系数，表示第i数据包传输时信号源S与目标通信节点D之间的信道系数，表示第i数据包传输时中继站R与目标通信节点D之间的信道系数；采用半双工中继协作通信方式，每个数据包的传输时间内包含两个时隙，在第i个数据包传输时间的第一个时隙，信号源S传输符号s采用固定功率ps，s满足s～CN(0,1)，中继R和目的通信节点D的接收信号分别表示为：ys,ri=A012d0α2d1-α2hs,ripss+nri,∀i=1,...,N]]>ys,di=A012d0α2d-α2hs,dipss+ndi,∀i=1,...,N,]]>其中：d0和A0分别表示大尺度衰落的参考距离和参考功率，d1和d分别表示小蜂窝S和中继站R之间的距离以及小蜂窝S和目标通信用户D之间的距离，和分别表示第i个数据包传输时间的中继站R和目标通信用户D的接收噪声，α表示大尺度衰落因子，和分别表示第i个数据包传输时间的中继站R和目标通信用户D的信道增益；第一时隙中继接收的信噪比表示为其中N0表示归一化的噪声功率，W表示分配的带宽，第二个时隙，目标通信节点D采用最大比接受方式，收到的来自中继站R的信号表示为其中d2和分别表示中继站R和目标通信用户D之间的距离和信道增益，表示第i个数据包传输时间的第二时隙时目标通信用户D的接收噪声，pr表示相应的中继站R的发射功率，收到的来自小蜂窝S和中继站R的的信噪比表示为若选用直达链路，目标通信用户D收到的小蜂窝S的信号表示为相应的，目标通信用户D收到的小蜂窝S的信噪比表示为步骤2：推导平均中断概率；所述平均中断概率为其中Οi表示第i次传输的中断概率；步骤3：最优化问题归结；在上述假设前提和约束条件下，归结出最优化问题如下：P1:mingEDi,EHi,∀ig[Σi=1NOi(g(Si,i))N]s.t.Σk=1iprkTp≤Σn=1iEHn,pri≥0,ri∈{0,1},ri≤Di,∀i∈{1,2,...,N}.]]>其中表示能量因果约束，最优化问题的目标函数是最小化优化的变量是g(Si,i)，优化的约束条件是步骤4：最优化问题求解；最优化问题的优化变量是每次传输的模式选择因子ri以及相应的功率分配方案ri是离散变量取值范围为{1,0}，连续变量，取值范围大于等于0，采用代价函数的方法，定义Si＝<Di,εi>表示状态集，表示行为集，同时定义代价函数利用凸优化理论关于代价函数的迭代方法，可以获得：Ji(Si)=minaN∈A(SN)ON,i=NminaN∈A(Si)Oi+Ji+1(Si+1),i<N,]]>A(Si=<Di,ϵi>)={0,1}×[0,ϵiTp-1],Di=1{0}×[0,ϵiTp-1],Di=1,]]>最终，最优解可以表示成