[發明專利]基于無線能量收集的協作無線網絡子信道及功率分配方法

在審

• 申請號: 201910505612.9
• 申請日: 2019-06-12
• 公開（公告）號: CN110312314A
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發明（設計）人: 金明;孫銘陽
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04;H04W72/08;H04W52/18;H04W52/38;H04W52/26
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 周玨

1.一種基于無線能量收集的協作無線網絡子信道及功率分配方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1、在協作無線網絡中，存在一個協作用戶和一個能量收集用戶，協作用戶由協作用戶發射機和協作用戶接收機組成，能量收集用戶由能量收集用戶發射機和能量收集用戶接收機組成；將協作無線網絡的總信道的帶寬記為B；將協作無線網絡的當前待處理的一個時隙定義為當前時隙，將當前時隙的時間長度記為τ；然后將總信道平均地劃分為N個子信道，每個子信道的帶寬為將總信道和子信道的噪聲功率譜密度記為n₀；并將當前時隙劃分為兩個子時隙，將第1個子時隙的時間長度記為τ₁，將第2個子時隙的時間長度記為τ₂，滿足τ＝τ₁+τ₂；在第1個子時隙中，協作用戶發射機與協作用戶接收機之間通過子信道進行通信，能量收集用戶發射機從協作用戶發射機發射出的射頻信號中收集能量；在第2個子時隙中，協作用戶發射機與協作用戶接收機之間通過子信道進行通信，同時能量收集用戶發射機與能量收集用戶接收機之間通過子信道進行通信，且協作用戶用于通信的子信道與能量收集用戶用于通信的子信道不相同；其中，B的單位為Hz，τ的單位為秒，N為正整數，N＝2^k，k為大于或等于1的正整數，的單位為Hz，n₀的單位為dBm/Hz，τ₁∈[0.3τ,0.5τ]，τ₁和τ₂的單位為秒；

步驟2、令表示在第2個子時隙中分配給能量收集用戶用于通信的子信道的序號的集合；然后初始化使的初始值為{1,2,…,N}；

步驟3、在滿足能量收集用戶的最低吞吐量的條件下，計算能量收集用戶發射機使用最小能量時在序號屬于中的每個子信道上分配的發射功率，設定第i個子信道的序號屬于則將能量收集用戶發射機使用最小能量時在第i個子信道上分配的發射功率記為其中，i為正整數，e為自然對數，M_E表示中包含的元素的總個數，符號“||”為取絕對值符號，表示能量收集用戶發射機和能量收集用戶接收機之間通信時在第i個子信道上的信道系數；

步驟4、在步驟3的基礎上，判斷能量收集用戶發射機使用最小能量時在序號屬于中的各個子信道上分配的發射功率是否全不小于零，如果是，則執行步驟5；否則，找出小于零的發射功率對應的子信道，然后將找出的子信道的序號從中刪除，再返回步驟3繼續執行；

步驟5、在滿足能量收集用戶的最低吞吐量的條件下，計算在當前時隙中能量收集用戶所需要的最小能量，記為E_min，

步驟6、令表示在第1個子時隙中分配給協作用戶用于通信的子信道的序號的集合；然后初始化使的初始值為{1,2,…,N}；

步驟7、計算為協作用戶發射機在第1個子時隙中在每個子信道上分配的發射功率，將為協作用戶發射機在第1個子時隙中在第i'個子信道上分配的發射功率記為若第i'個子信道的序號屬于則若第i'個子信道的序號不屬于則其中，i'為正整數，i'∈{1,2,…,N}，p_C,max表示協作用戶發射機的最大允許發射功率，M_C1表示中包含的元素的總個數，表示在第1個子時隙中協作用戶發射機和協作用戶接收機之間通信時在第i'個子信道上的信道系數；

步驟8、在步驟7的基礎上，判斷為協作用戶發射機在第1個子時隙中在序號屬于中的各個子信道上分配的發射功率是否全不小于零，如果是，則執行步驟9；否則，找出小于零的發射功率對應的子信道，然后將找出的子信道的序號從中刪除，再返回步驟7繼續執行；

步驟9、計算在當前時隙中能量收集用戶發射機收集到的能量，記為E_h，其中，ζ表示能量收集用戶發射機的能量收集效率，表示協作用戶發射機和能量收集用戶發射機之間在第i'個子信道上的信道系數；

步驟10、判斷E_h與E_remain之和是否不小于E_min，如果是，則執行步驟12；否則，執行步驟11；其中，若當前時隙為第1個時隙則令E_remain＝0，若當前時隙不為第1個時隙則E_remain表示當前時隙的前一個時隙的剩余能量；

步驟11、從為協作用戶發射機在第1個子時隙中在序號屬于中的各個子信道上分配的發射功率中找出最小發射功率；然后從中找出絕對值最大的信道系數；接著將最小發射功率重新分配給絕對值最大的信道系數對應的子信道，使得為協作用戶發射機在第1個子時隙中在最小發射功率對應的子信道上分配的發射功率為0，而使得為協作用戶發射機在第1個子時隙中在絕對值最大的信道系數對應的子信道上分配的發射功率為原分配的發射功率加上最小發射功率，且當絕對值最大的信道系數對應的子信道的序號不屬于時將該序號加入到中；再返回步驟9繼續執行；其中，j為正整數，1≤j≤N，表示協作用戶發射機和能量收集用戶發射機之間在第1個子信道上的信道系數，表示協作用戶發射機和能量收集用戶發射機之間在第j個子信道上的信道系數，表示協作用戶發射機和能量收集用戶發射機之間在第N個子信道上的信道系數；

步驟12、令表示在第2個子時隙中分配給協作用戶用于通信的子信道的序號的集合；然后初始化使的初始值為在{1,2,…,N}中除去所有屬于中的元素后剩下的元素組成的集合；

步驟13、計算為協作用戶發射機在第2個子時隙中在序號屬于中的每個子信道上分配的發射功率，設定第i”個子信道的序號屬于則將為協作用戶發射機在第2個子時隙中在第i”個子信道上分配的發射功率記為其中，i”為正整數，M_C2表示中包含的元素的總個數，表示在第2個子時隙中協作用戶發射機和協作用戶接收機之間通信時在第i”個子信道上的信道系數；

步驟14、在步驟13的基礎上，判斷為協作用戶發射機在第2個子時隙中在序號屬于中的各個子信道上分配的發射功率是否全不小于零，如果是，完成了在第1個子時隙中在協作用戶用于通信的子信道上協作用戶發射機的發射功率分配、在第2個子時隙中在協作用戶用于通信的子信道上協作用戶發射機的發射功率分配、在第2個子時隙中在能量收集用戶用于通信的子信道上能量收集用戶發射機的發射功率分配，計算當前時隙的剩余能量，記為E'_remain，E'_remain＝E_h+E_remain-E_min，令E_remain＝E'_remain，用于下一個時隙處理時使用；否則，找出小于零的發射功率對應的子信道，然后將找出的子信道的序號從中刪除，再返回步驟13繼續執行；其中，E_remain＝E'_remain中的“＝”為賦值符號。