[發明專利]一種基于能量收集的終端直通通信資源管理方案

有效

• 申請號: 201710018037.0
• 申請日: 2017-01-10
• 公開（公告）號: CN107087305B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 周振宇;高彩霞;許晨;唐良瑞;關志濤
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H04W72/0453
• 分類號: H04W72/0453;H04W72/40;H04W72/541;H04W72/542;H04B17/391;H04W4/80
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 杜陽陽

本發明涉及一種應用在基于蜂窩網絡的Device?to?Device(D2D)通信系統中，結合“無線信息與能量同時傳輸”(SWIPT)技術與匹配理論的資源分配方案。在保證D2D通信用戶和蜂窩用戶的服務質量的前提下，以優化D2D通信用戶的能量效率(能效)及蜂窩用戶收集到的能量為目標，提出基于GS算法的能效穩定匹配算法，使D2D用戶與蜂窩用戶之間的匹配達到穩定狀態，從而有效地解決集功率分配與頻譜資源分配于一體的資源分配問題。

技術領域

本發明屬于無線通信領域，具體涉及一種應用在基于蜂窩網絡的Device-to-Device?(D2D)?通信系統中，結合“無線信息與能量同時傳輸”(SWIPT)技術與匹配理論的資源分配方案。在保證D2D通信用戶和蜂窩用戶的服務質量的前提下，優化D2D通信用戶的能量效率(能效)及蜂窩用戶收集到的能量，從而有效地解決集功率分配與頻譜資源分配于一體的資源分配問題。

背景技術：

隨著智能通信終端和移動應用的不斷出現，移動數據流量呈爆炸式增長，同時，通信用戶對更高無線傳輸速率的需求隨之增長。有限的頻譜帶寬與用戶日益增長的需求之間的矛盾使得現有的蜂窩網絡系統面臨巨大的挑戰。移動通信用戶能夠利用終端直通(Device-to-Device,?D2D)通信技術直接建立通信鏈路進行數據傳輸，而不再局限于傳統的蜂窩網絡架構，即通過基站進行中繼轉發。同時，D2D通信用戶通過復用蜂窩用戶的頻譜資源能夠極大地提升系統的頻譜效率，因此，D2D通信技術被看作是下一代移動通信系統中的關鍵技術。除此之外，由于D2D通信技術能夠支撐通信用戶之間進行短距離通信，因此D2D通信技術在提升數據傳輸速率的同時促進了新的移動應用的產生。但是，更高的數據傳輸速率與大量的移動服務使得電池容量有限的移動設備消耗了大量的能量，降低了通信網絡的生命周期。因此，有必要設計高能效的資源分配機制在提升系統頻譜效率的同時盡可能地延長通信網絡的生命周期。

事實上，移動用戶設備能夠利用一些能量收集技術從太陽能，風能等可再生能源中獲取能量，但是位置及氣候的局限性使得自然能量不能始終被移動設備利用。無線電頻率信號同時攜帶信息和能量，用戶利用SWIPT技術能夠從無線電頻率信號中獲取能量，因此，“無線信息與能量同時傳輸”(SWIPT)技術得到了廣泛重視。很多工作研究了將SWIPT技術與D2D通信技術結合的通信系統，但忽略了資源分配時D2D用戶和蜂窩用戶之間的喜好及滿意度；其他一些工作考慮了資源分配時用戶之間的喜好及滿意度，卻忽略了通過收集能量延長系統生命周期的問題。在綜合考慮SWIPT技術與用戶的喜好及滿意度時，首先，由于用戶設備能夠從無線電頻率信號中獲取能量，干擾及噪聲可作為有益增益，因此，需要重新設計功率分配機制。其次，由于信道狀態和干擾等級的多變性，用戶的喜好很難建模，并且由于不同的用戶有不同的喜好，因此并不是所有的用戶能夠對同一個資源分配機制感到滿意。基于這些挑戰，需要在考慮SWIPT技術與用戶的喜好的同時設計高能效的資源分配方案，從而有效地解決功率分配與頻譜資源分配問題。

發明內容：

本發明利用匹配理論與非線性規劃，結合SWIPT技術與用戶的喜好及滿意度，以使D2D通信用戶與蜂窩用戶具有較高的滿意度為目標，基于Gale-Shapley(GS)算法提出了高能效的資源分配方案。該方案首先設定D2D通信用戶與蜂窩用戶都是利己的，只考慮自身的效益，即D2D用戶以優化自身的能效為目標，蜂窩用戶以最大化收集到的能量為目標，以此為基礎優化D2D用戶對與蜂窩用戶之間的匹配，從而解決功率分配問題與頻譜資源分配問題。具體過程如下：