[發(fā)明專利]認(rèn)知SWIPT中基于DTPS協(xié)議的多中繼時(shí)隙與功率聯(lián)合優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011308251.8
• 申請(qǐng)日: 2020-11-20
• 公開（公告）號(hào): CN112543472B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許曉榮;孫明杭;姚英彪;馮維
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W24/06
• 分類號(hào): H04W24/06;H04W24/02;H04W52/46
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本發(fā)明公開了一種認(rèn)知SWIPT中基于DTPS協(xié)議的多中繼時(shí)隙與功率聯(lián)合優(yōu)化方法。本發(fā)明認(rèn)知SWIPT通信網(wǎng)絡(luò)中存在多個(gè)配備功率分割接收機(jī)的認(rèn)知SWIPT中繼節(jié)點(diǎn)，研究了認(rèn)知SWIPT中基于動(dòng)態(tài)時(shí)隙功率分割協(xié)議的多中繼時(shí)隙與功率聯(lián)合優(yōu)化方法，對(duì)功率分割因子、時(shí)隙分配因子、功率分配系數(shù)進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化。本發(fā)明以認(rèn)知SWIPT通信網(wǎng)絡(luò)最大化網(wǎng)絡(luò)和速率為優(yōu)化目標(biāo)建立優(yōu)化模型，通過最佳中繼節(jié)點(diǎn)選擇、最佳中繼節(jié)點(diǎn)的功率分割因子、時(shí)隙分配因子和功率分配系數(shù)的聯(lián)合優(yōu)化，使系統(tǒng)性能達(dá)到所需要求。研究表明，隨著第一時(shí)隙因子和功率分割因子的增加，認(rèn)知SWIPT通信網(wǎng)絡(luò)可達(dá)和速率先增大后減小。本發(fā)明方法可以最大化認(rèn)知SWIPT通信網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)和速率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信息與通信工程技術(shù)領(lǐng)域，提出了認(rèn)知無線攜能通信(SimultaneousWireless Information and Power Transfer，SWIPT)中基于動(dòng)態(tài)時(shí)隙功率分割(DynamicTime Power Splitting,DTPS)協(xié)議的多中繼時(shí)隙與功率聯(lián)合優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量呈爆炸式的增長。而各種無線設(shè)備都需要一定的頻譜資源傳輸數(shù)據(jù)，這對(duì)稀缺的頻譜資源帶來了巨大的挑戰(zhàn)。目前頻譜資源稀缺并非因?yàn)轭l譜物理意義上的缺少，而是由于頻譜利用率低和嚴(yán)格的頻譜分配政策所致。因此，如何提高頻譜效率已經(jīng)成為當(dāng)前無線通信急需解決的問題之一。目前，作為5G關(guān)鍵技術(shù)之一的認(rèn)知無線電(Cognitive Radio,CR)技術(shù)被認(rèn)為是提高頻譜效率的有效手段之一。目前，大多數(shù)的電子設(shè)備都是通過容量有限的電池供電，但是，在某些特殊場(chǎng)景下的電子設(shè)備無法采用電池持續(xù)供電，例如內(nèi)置于人體的電子治療儀器等。因此如何從環(huán)境中收集可再生能源例如太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮芘c振動(dòng)能等一直是研究熱點(diǎn)，雖然以自然能源作為采集能量的源頭固然能夠進(jìn)一步節(jié)省網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，但是這些自然能源受天氣等外界因素的影響較大，采集效率十分有限，并且會(huì)影響通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

人們已經(jīng)成功利用電磁波進(jìn)行信息傳輸，無線電波能量是一種潛在的綠色能源，但是利用電磁波傳輸能量一直沒有得到很大的發(fā)展，其中能量收集效率低下是一個(gè)亟待解決的關(guān)鍵問題。近年來，研究人員注意到，無線射頻信號(hào)(Radio Frequency,RF)不僅能攜帶信息，同時(shí)作為電磁波，其還能攜帶能量，隨著RF信號(hào)能量收集電路的發(fā)展，RF信號(hào)能量收集效率大大提高，人們看到了信息與能量同時(shí)傳輸?shù)目赡苄浴Ｗ鳛闊o線信息傳輸(WirelessInformation Transmission,WIT)和無線能量傳輸(Wireless Power Transmission,WPT)的結(jié)合，無線攜能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer，SWIPT)技術(shù)由此誕生。

SWIPT為能量受限網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)提供了無線能量收集新方法，實(shí)現(xiàn)信息與能量的同時(shí)傳輸。CR為頻譜資源稀缺與頻譜利用率低下的矛盾提供了新的解決方案。作為兩者的結(jié)合，認(rèn)知SWIPT可以充分利用CR機(jī)會(huì)利用頻譜資源與SWIPT信能同傳的特點(diǎn)，有望同時(shí)提高無線網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率(Spectral Efficiency,SE)和能量效率(Energy Efficiency,EE)。認(rèn)知SWIPT可以在保證譜效的同時(shí)保障系統(tǒng)能效，它是未來高能效認(rèn)知無線通信技術(shù)發(fā)展方向之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)存在多個(gè)配備功率分割接收機(jī)的認(rèn)知SWIPT中繼網(wǎng)絡(luò)中，以最大化網(wǎng)絡(luò)和速率(單位頻帶信息速率)為優(yōu)化目標(biāo)，提出了認(rèn)知SWIPT中基于DTPS協(xié)議的多中繼時(shí)隙與功率聯(lián)合優(yōu)化方法，給出了該方法的具體流程。該方法涉及認(rèn)知SWIPT網(wǎng)絡(luò)中最佳中繼節(jié)點(diǎn)的選擇策略、認(rèn)知SWIPT時(shí)隙分配因子、最佳中繼節(jié)點(diǎn)功率分割因子與最佳中繼節(jié)點(diǎn)功率分配系數(shù)的聯(lián)合優(yōu)化。

本發(fā)明的技術(shù)方案包括以下步驟：

步驟1、認(rèn)知SWIPT中基于DTPS協(xié)議的多中繼時(shí)隙與功率聯(lián)合優(yōu)化方法的場(chǎng)景假設(shè)與建模：

為了不失一般性，在具體描述設(shè)計(jì)策略之前，做出如下假設(shè)：