[發明專利]D2D無線供電通信網絡中功率與時間聯合分配方法

有效

• 申請號: 201710093496.5
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN108462975B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 沈宇祥;蔣鈴鴿;何晨;丁建峰
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04W24/06
• 分類號: H04W24/06;H04W28/02;H04W28/18
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

1.一種D2D無線供電通信網絡中功率與時間聯合分配方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：構建D2D無線供電通信網絡；

步驟2：基于D2D無線供電通信網絡，計算D2D發送節點吸收的能量、D2D接收節點的信干噪比以及D2D用戶的可達數據傳輸速率；

步驟3：基于D2D用戶的數據傳輸需求，導出D2D用戶發送功率與信息傳輸時間耦合方程；

步驟4：基于步驟3得到的D2D用戶發送功率與信息傳輸時間耦合方程、D2D用戶的能量約束以及時間約束，聯合迭代計算D2D用戶發送功率與信息傳輸時間；

所述D2D無線供電通信網絡包括：1個能量基站和K對D2D用戶；其中將D2D用戶對集合記為：第k對D2D用戶包含D2D發送節點和D2D接收節點，將第k對D2D用戶的D2D發送節點記為：D2D_Tx k，將第k對D2D用戶的D2D接收節點記為：D2D_Rx k；k的取值范圍為1,…K；每一個傳輸塊持續時間內包含兩個階段，即下行無線能量傳輸階段和上行無線數據傳輸階段；

所述步驟2包括：

步驟2.1：在下行無線能量傳輸階段，能量基站首先給D2D發送節點提供能量，其中D2D_Tx k所吸收的能量記為E_k，計算公式如下：

E_k＝ηP_Eh_kτ_E,k

式中：η∈(0,1]表示能量轉換效率，P_E表示能量基站的固定發送功率，h_k表示能量基站與D2D_Tx k之間的下行信道增益，τ_E,k表示D2D_Tx k吸收能量的持續時間；

步驟2.2：在上行無線數據傳輸階段，D2D_Tx k利用在下行無線能量傳輸階段吸收的能量以發送功率p_k將數據信息傳輸給對應的D2D_Rx k，信息傳輸持續時間記為τ_I,k；γ_k表示在D2D_Rx k處的信干噪比，計算公式如下：

式中：τ_I＝[τ_I,1,...,τ_I,K]^T表示所有D2D用戶傳輸時間組成的向量，p＝[p₁,...,p_K]^T表示所有D2D用戶發送功率組成的向量，g_kk表示第k對D2D用戶的發送節點D2D_Tx k和接收節點D2D_Rx k之間的上行信道增益，p_l表示D2D_Tx l的發送功率，g_lk表示D2D_Tx l與D2D_Rxk之間的上行信道增益，σ²表示噪聲功率；乘積項p_lg_lkτ_I,l中的τ_I,l用來從統計意義上描述受到來自第l對D2D用戶數據傳輸干擾的概率；

步驟2.3：用R_k表示第k對D2D用戶的可達數據傳輸速率，根據步驟2.2中得到的D2D_Rx k處信干噪比γ_k，R_k的計算公式如下：

式中：B表示有效系統帶寬，Γ表示信噪比修正因子；

所述步驟3包括：

步驟3.1：定義D2D用戶的數據傳輸需求d_k，d_k表示在單位時間內第k對D2D用戶的數據傳輸量；

步驟3.2：為滿足第k對D2D用戶的數據傳輸需求所分配的信息傳輸時間計算公式如下：

式中，映射f_k(τ_I,p):其中和分別表示K維非負向量空間、K維正向量空間和正實數集合；

步驟3.3：對所有的將步驟3.2中的信息傳輸時間計算式歸結成向量形式，得到如下D2D用戶發送功率與信息傳輸時間耦合方程：

τ_I＝f(τ_I,p)

式中，映射f:

所述步驟4包括：

步驟4.1：固定發送功率向量p，并定義映射J_p:J_p(τ_I)＝[J_p,1(τ_I),...,J_p,K(τ_I)]^T，其中在給定發送功率向量p的情況下，迭代求解信息傳輸時間向量τ_I的方法為：

設定最大迭代次數L₁，最大誤差容忍值δ₁＞0，初始迭代次數l＝1，給定初始向量和滿足

對于每一對D2D用戶k分別計算和

令l的值增加1，直到或者迭代次數l達到最大迭代次數L₁則結束；其中||·||表示向量的無窮范數，返回

步驟4.2：D2D用戶吸收能量的時間τ_E,k與信息傳輸時間τ_I,k受到傳輸塊總持續時間的限制條件如下：

D2D用戶的發送功率p_k、信息傳輸時間τ_I,k與吸收的能量E_k有如下關系約束：

步驟4.3：迭代聯合求解發送功率向量p與傳輸時間向量τ_I的方法為：設定最大迭代次數L₂，初始迭代次數l＝1，給定任意初始傳輸時間向量τ_I滿足0＜τ_I＜1；對于第k對D2D用戶，判斷信息傳輸時間τ_I,k是否小于1；如果τ_I,k小于1，則利用步驟4.2所述的D2D用戶傳輸塊總持續時間約束和能量約束更新發送功率p_k，具體計算公式如下：

如果τ_I,k大于或等于1，返回網絡不可行指示，并結束方法，其中網絡不可行指示表明D2D無線供電通信網絡不能支持當前給定的用戶數據速率；

步驟4.4：利用步驟4.1所述的固定發送功率向量p下，迭代求解傳輸時間向量τ_I的方法更新τ_I，直到迭代次數l達到最大迭代次數L₂則結束；返回發送功率向量p與傳輸時間向量τ_I。