[發明專利]無線供能通信網絡中的聯合上下行信息傳輸的資源分配方法

有效

• 申請號: 201910079385.8
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109831826B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 徐鼎;萬志蘭
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 秦秋星

本發明公開了一種無線供能通信網絡中的聯合上下行信息傳輸的資源分配方法，用戶通過射頻無線能量收集技術為其提供上行信息傳輸能量。整個網絡架構包含一個基站，多個用戶。本發明聯合考慮了用戶的上下行信息傳輸，在基站總發射功率和能量因果約束下優化用戶上下行傳輸時間分配、載波分配和功率分配，能最大化用戶的加權上下行傳輸速率。本發明的聯合考慮上下行信息傳輸資源分配方法可以通過調節權重因子調節用戶的上下行信息傳輸，且該方法復雜度低，易于實現。

技術領域

本發明涉及移動通信技術領域，尤其是一種無線供能通信網絡中的聯合考慮上下行信息傳輸的資源分配方法，該方法可以在無線供能通信網絡中基于射頻無線能量收集技術，并結合用戶上下行傳輸時間分配、載波分配和功率分配，最大化用戶的加權上下行傳輸總速率。

背景技術

無線網絡利用能量收集技術能夠為無線設備提供永久的能量，最近引起了人們的廣泛關注。射頻無線能量收集技術利用電磁波的遠場輻射特性，可以為廣泛分布的移動設備提供能量。由此出現了一種無線供能的通信網絡架構，在此架構中用戶通過射頻無線能量收集技術，從基站或特定能量站發射的射頻信號中收集能量。基于射頻無線能量收集技術，無線設備可以利用收集的能量傳輸信息。在用戶下行傳輸階段，可以同時進行無線信息和能量的傳輸。而在用戶上行傳輸階段，用戶可以利用收集的能量進行上行信息傳輸。目前的研究通常將無線供能通信網絡中用戶的下行能量及信息傳輸和上行信息傳輸分開考慮，降低了網絡的傳輸效率。所以，對于無線供能通信網絡來說，可聯合考慮用戶的上下行信息傳輸，并通過聯合優化上下行資源分配，進一步提高網絡的傳輸效率。

發明內容

技術問題：本發明的目的是通過射頻無線能量收集技術進一步提高無線供電通信網絡中的資源分配效率，提出一種聯合上下行信息傳輸的資源分配方法，在基站總發射功率和能量因果約束下，優化用戶上下行傳輸時間分配、載波分配和功率分配。

技術方案：提供一種無線供能通信網絡中的上下行資源分配方法，所述的無線供能通信網絡包括一個基站，K個用戶和N個子載波。用戶和子載波的集合分別用和表示。假設傳輸時間是歸一化的。傳輸時間包含兩個階段，即下行傳輸階段，其持續時間表示為τ^D；上行傳輸階段，其持續時間表示為1-τ^D。基站和用戶k之間在子載波n上的信道功率增益用h_k,n表示。在下行傳輸階段，每個用戶在其分配的子載波上接收信息，并在其他子載波上進行能量收集。考慮到子載波可以分配給所有用戶進行能量收集，引入一個序號為0的虛擬用戶。如果子載波被分配給虛擬用戶用于信息傳輸，那么這些子載波被所有真實用戶用于能量收集。假設與虛擬用戶有關的信道功率增益為零，且虛擬用戶被包含在用戶集中。表示從基站到第k個用戶在子載波n上的下行鏈路傳輸功率。假設每個子載波一次可以且僅可以給一個用戶提供下行信息傳輸服務，即基站的總發射功率限制為且分配給每個子載波的傳輸功率限制為其中P_pk為基站分配給每個子載波的功率，P為基站的總發射功率。ζ(0ζ1)表示能量收集效率，用戶k收集的能量可以表示為

其中是能量收集飽和閾值。假設用戶k收獲的能量儲存在初始能量為Q_k的蓄電池中。在上行通信中，用戶利用收集到的能量進行上行信息傳輸。表示用戶k在第n個子載波上進行上行信息傳輸的功率。假設每個子載波只能分配給一個用戶提供上行信息傳輸，即根據能量因果約束，上行信息傳輸消耗的能量不能超過收獲的能量與蓄電池初始能量的總和，即約束條件第k個用戶的上下行傳輸速率分別為其中σ²是噪聲功率，分別令w^U，w^D為上下行傳輸速率的加權因子，且其滿足條件w^U≥0,w^D≥0,w^U+w^D＝1。

本發明的聯合考慮上下行信息傳輸的資源分配方法解決的優化問題如下：