[發明專利]一種無線供電反向散射網絡能效優化方法

有效

• 申請號: 202010213691.9
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111447662B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 徐勇軍;谷博文;陳前斌;劉期烈
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W52/02
• 分類號: H04W52/02;H04W72/04
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種無線供電反向散射網絡能效優化方法，屬于反向散射通信技術領域，包括構建基于正交頻分多址接入技術的無線供電反向散射網絡資源分配模型；分析當前系統傳輸特性，滿足基站發射功率以及收集能量約束下，構建聯合優化功率分配、時間分配、反射系數、能量分配系數的能效最大化問題；基于Dinkelbach方法處理所提出的分式規劃模型，分解為多個單變量求解的子問題，并分別求得閉式解；利用變量代換的方法，將多變量耦合的非凸問題轉化為可以求解的凸優化問題；基于拉格朗日對偶理論和KKT條件，求得所優化變量的全局最優解。本發明在能效方面相較于現有技術有較大提升。

技術領域

本發明屬于反向散射通信技術領域，涉及一種無線供電反向散射網絡能效優化方法。

背景技術

隨著物聯網(Internet of Things,IoT)技術的發展，海量無線設備節點接入到物聯網中，極大的提升了通信傳輸速率。但由于設備電池容量，巨大的設備維護成本與通信系統能量消耗問題變得尤為嚴重。隨著綠色通信技術的發展，對無線通信網絡的能耗也提出了更高的要求。因此，如何在提高傳輸速率的同時最大程度減小網絡能耗是一個亟待解決的關鍵科學問題。

反向散射通信(Backscatter communications)技術和無線供電通信(Wirelesspowered communications)技術被認為是解決無線通信節點設備能量短缺的有效技術。具體來講，反向散射網絡是由一個射頻能量源、一個接收端和一個反射節點組成；其中，反射節點具有低功耗、低成本的特點，并可以調制來自射頻能量源的信號并將其反射給目的接收機。因此，通過反向散射通信可以提高網絡的傳輸范圍。從另一個層面講，無線供電通信技術可以通過收集周圍的電磁能量并儲存起來從而提高設備的運行壽命，是一種有效的低功耗綠色通信技術。因此基于無線供電的反向散射通信一方面避免了網絡覆蓋范圍不足帶來的傳輸速率低下的問題，另一方面也避免了設備供給所帶來的能量消耗。此外，考慮正交頻分多址技術(orthogonal frequency-division multiple access)與無線供電反向散射網絡的結合也是為進一步提升傳輸效率和數據速率，拓寬反向散射網絡的應用范圍。

資源分配是無線通信網絡中的關鍵技術，即通過調整用戶或基站的發射功率、載波分配等方法來提高用戶的服務質量。與傳統的蜂窩網絡的資源分配問題不同，反向散射通信網絡資源分配問題，不僅僅需要考慮功率控制，同時需要優化反射時間、反射系數等參數。由于這類參數與傳輸功率在信噪比中存在耦合關系，使得這類資源分配問題的求解變得尤為復雜，而現有基于交替迭代的算法，無法求得全局最優解。同時現有研究主要集中在系統傳輸速率的提升，而沒有綜合考慮系統的能量消耗。為了平衡傳輸速率與系統消耗的關系，對反向散射網絡的能效問題的研究是十分有必要的。因此，關于反向散射通信網絡的資源分配問題還需要進一步研究與完善。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種無線供電反向散射網絡能效優化方法，既對反向散射通信網絡內的數據傳輸速率、設備電路運行能量需求提供保障，同時還可以最大化提升系統的能效。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種無線供電反向散射網絡能效優化方法，包括如下步驟：

S1：構建基于正交頻分多址接入技術的無線供電反向散射網絡；

S2：分析系統傳輸特性，構建聯合優化傳輸功率、傳輸時間、反射系數、能量分配系數的能效最大化模型；

S3：采用Dinkelbach方法將分式形式的能效模型轉化為分子與分母相減的形式，利用分離變量的方法，將優化問題分解為關于數據傳輸功率和能量分配系數兩個單變量求解的子問題，分別求得閉式解后代入原優化問題；

S4：基于變量替換的方法，將多變量耦合的問題進行解耦，將優化問題轉化為一個凸優化問題；