[發明專利]一種考慮能量損耗的能量采集無線傳輸系統功率分配方法

有效

• 申請號: 201810219255.5
• 申請日: 2018-03-16
• 公開（公告）號: CN108712777B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 趙夙;黃剛
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W52/18
• 分類號: H04W52/18;H04W52/26
• 代理公司: 江蘇海越律師事務所 32402
• 代理人: 唐小紅

本發明公開了一種考慮能量損耗的能量采集無線傳輸系統功率分配方法,具體步驟如下：建立優化模型，通過最優化方法解優化問題，根據存儲效率和最優條件求出儲能門限值和取能門限值之間的關系，計算出所有時刻的儲能門限值和取能門限值，使得按照這兩個門限值分配的功率滿足因果限制條件，根據傳輸速率表達式、電路損耗功率值計算出能效最大化的最優功率值，把這個最優功率值也當成一個門限值，與前面線性搜索得到的門限值比較，根據不同情況調整功率值，經過兩部分配后，對最后一個時隙的功率進行調整。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，涉及一種考慮能量損耗的能量采集無線傳輸系統功率分配方法。

背景技術

隨著無線通信技術的發展，環保和能耗問題日益突出，以綠色節能為宗旨的通信技術成為了無線通信發展的主流技術。能量采集(Energy Harvesting)，是可再生資源在無線通信中應用的一種方法,可以實現可再生資源的高效使用。在能量采集場景中，無線通信設備的能量采集器能夠從自然環境中(如風能、太陽能、潮汐能等)采集能量，由于采集的能量值隨機性較大且比較有限，所以如何分配這些能量來使用合適的功率傳輸數據顯得十分重要。

關于能量采集問題的研究涉及不同種類的通信系統模型，包括單信道和多信道網絡、中繼網絡、協作網絡等等。不過，這些通信系統模型最終歸結為簡單的具有能量采集功能的信息發送方和一個或多個接收方的形式，模型得到簡化之后，然后就可以深入研究能量采集功能對發送方的發送功率的影響，進而影響到整個傳輸信道的吞吐量和最小傳輸時間。現如今基于能量采集的無線通信系統中的研究方面有很多：根據可再生能源的時變特性對能量采集過程進行合理建模；針對能量的動態特性，研究如何分配功率使得系統性能最佳；同時考慮能量的動態特性和信道狀態的時變特性，對功率進行分配；考慮能量采集系統中出現的其它消耗作為優化問題的限制條件；研究數據量確定，如何在一定時間傳送完數據且能量消耗值最小，與電網相結合，保證系統持續不斷的能量供給；在多用戶和多信道場景中，研究通過考慮多用戶之間或者多信道之間的相互影響，使用戶的速率達到給定比例要求，保證用戶之間的公平性，且速率在信道容量允許范圍內，最大化總體吞吐量或者最小化傳輸完成時間。

本發明解決了能量采集無線通信系統中存在兩種能量損耗時功率分配問題，合理的利用了有限的資源，在滿足因果性等限制條件下，最大化能量利用率，提高了系統的平均吞吐量。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種考慮能量損耗的能量采集無線傳輸系統功率分配方法，考慮系統在傳輸數據時存在存儲損耗以及電路損耗兩個因素，以最大化系統平均吞吐量為目標建立優化模型，并且運用最優化知識解決優化問題，根據最優解的表達形式，得出具體的功率分配方法，有效提高系統的平均吞吐量。

技術方案：本發明的考慮能量損耗的能量采集無線傳輸系統功率分配方法，包括以下步驟：

1)建立系統模型，解優化問題，得出儲能門限值p_si和取能門限值p_ri之間的關系：設系統傳輸時長為N個時隙，時隙長為單位1，時隙i的功率為：其中E_i為時隙i開始采集到的能量，a為電路損耗，l_i為時隙i的實際傳輸時長，且(0≤l_i≤1)，s_i為時隙i存入電池的能量，r_i為從電池中取出的能量，則電池中的能量可以表示為：其中α為電池存儲效率。時隙i的傳輸速率設為其中h為信道衰落系數，以最大化系統平均吞吐量為目標建立優化問題，利用拉格朗日乘子法和KKT條件得出解的最優形式和兩個門限值之間所滿足的關系。

2)計算所有時刻的儲能門限值p_si和取能門限值p_ri：

步驟1：從當前時隙開始一直到最后一個時隙，通過線性搜索得到最大的p_si值，并由1)中所得關系計算出p_ri，使得按這兩個門限值分配的功率滿足最優化問題中的所有限制條件；