[發明專利]一種在動態能量獲取下的OFDMA下行系統的動態資源分配方法

有效

• 申請號: 201310482646.3
• 申請日: 2013-10-15
• 公開（公告）號: CN103582100A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 楊清海;林甜甜
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04W52/14
• 分類號: H04W52/14;H04W52/24;H04W72/04
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及無線通信領域，提供了一種在動態能量獲取下的OFDMA下行系統的動態功率和子載波聯合分配方法。該方法實現了在能量和信道狀態實時變化時，對功率和子載波進行動態聯合分配，進而提高網絡長期的功率利用率，可以作為動態OFDMA網絡的一個重要組成部分。?

背景技術

近年來，隨著無線網絡的迅猛發展，人們在無線環境下對資源和服務的需求日益增大。OFDMA系統因其在資源配置和多用戶分集方面的靈活性，使其廣泛用于高效通信系統。在下行OFDMA系統中，可以通過為每個用戶選擇最佳的子載波和傳輸功率來使系統的吞吐量達到最大。但是隨著對傳輸速率的要求越來越高對能源的要求也隨之增高。這一趨勢在能源的消耗快速上升的情況下具有嚴峻的經濟意義。同時在能量感知技術的推動下，綠色通信得到了快速的發展，人們考慮采用可再生能源(諸如光能、風能、電磁場輻射等)為無線通信節點供能，并在能量和信道狀態動態變化的條件下對資源進行優化分配，以期在保證系統性能的同時提高資源的利用率。?

如圖1所示，本發明研究基于動態能量獲取下的OFDMA下行通信系統的功率和子載波聯合分配體系。系統包含一個基站和K個用戶，基站具有能量收集（Energy?Harvesting）功能，安裝有可充電電池，環境中的可再生能源轉化為電能，存儲到可充電電池中，以供系統的數據傳輸。系統的總帶寬是B?Hz，并有N_f個子載波，信道狀態實時變化，且每一子載波有各自的SNR中斷值，在每一時間間隙的初始時刻,基站從用戶那里?獲得信道狀態H的反饋信息,其由基站到用戶下行信道的大尺度衰落，陰影衰落和快衰落組成。每一時刻基站根據系統的現有儲能和信道狀態，為每個用戶分配相應的功率和子載波，以最大化系統的功率利用率。?

研究無線網絡中的能量管理機制,應以持續保障無線通信質量為目標，并著眼于動態能量獲取與無線資源分配之間，以及能量使用在不同傳輸節點之間的協調。即需要從一個全新的維度探索無線資源、能量獲取、傳輸質量三者的關聯。由于可再生能源存在不穩定性,加之電池容量有限,根據當前存儲能量狀況、信道條件、業務量等對傳輸功率等進行自適應控制是一個重要且富有挑戰的課題。當前將可再生能源用于無線通信主要存在以下亟需解決的問題:?

首先，如何能將無線資源與能量的到達特性進行動態適配？實際情況中，能量收集和信道狀態都是隨時間變化的，且無法在做出決策前預測這些變化過程的準確統計信息，同時用戶的信息反饋通常是不準確的。所以需要選擇合適的方法來描述動態的能量收集過程并估算信道狀態的準確信息。?

其次，現有研究主要進行功率分配，沒有考慮功率和子載波的聯合分配，缺乏對實時變化的信道狀態和動態的能量獲取的綜合考慮。雖然傳輸能耗主要體現在發射功率上，但選擇合適的子載波傳輸，將提高傳輸速率和可靠性，進而直接決定能量的使用效率，特別當能量獲取存在動態性時，能量的使用需要和當前儲能狀態進行動態匹配。?

最后，多節點網絡的能量交互使用值得深入探討。缺少對多節點的網絡，特別是具有不同能量獲取方式的傳輸節點的部署，及基于能量存儲狀態和到達特性的調度策略的綜合考慮。另外,怎樣通過節點間的協調合作，彌補部分節點能量不足的問題也值得深入探討。?

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中的不足，提供一種在能量和信道狀態實時變化時，對功率和子載波進行動態聯合分配，進而提高網絡長期的功率利用率的OFDMA下行系統的功率和子載波分配方法。?

本發明的基本思路：首先基站根據能量獲取過程更新系統的能量狀態，由用戶對信道增益的反饋信息更新信道狀態；然后根據信道增益和能量狀態以及用戶的QoS要求，更新可分配子載波集合；最后基站以最大化系統長期功率利用率為目的，從可用分配子載波集合中選擇相應的子載波分配給每個用戶，并為每個用戶的每個子載波分配相應的傳輸功率。?

為解決上述技術問題，本發明通過如下技術方案實現：一種在動態能量獲取下的OFDMA下行系統的動態資源分配方法，包括如下步驟：?

（1）建立基于系統特性的資源分配體系：在基站上安裝能量收集器和資源調度器；能量收集器將環境中可再生能量轉化為電能，存儲到可充電電池中，以供數據傳輸，資源調度器接收來自用戶對于信道狀態的反饋信息，并結合用戶的QoS要求和可充電電池的能量獲取信息為每個用戶分配功率和子載波；?