[發明專利]基于GFDM的無線攜能網絡上下行鏈路資源聯合分配方法

有效

• 申請號: 202011526491.5
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112702792B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 許曉榮;孫明杭;趙彬;王玉軍
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H04W72/044
• 分類號: H04W72/044;H04W72/53;H04W72/0453;H04W72/21;H04W72/23
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

1.基于GFDM的無線攜能網絡上下行鏈路資源聯合分配方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1、場景假設與建模；

步驟2、GFDM資源塊分配策略；

步驟3、節點功率分割因子優化；

步驟4、功率優化分配；

步驟1具體如下：

假設SWIPT網絡的頻帶被分為K個子載波，每個子載波包含M個子符號；用集合表示子載波集合，用集合表示子符號集合，同時第k個子載波和第m個子符號組成第(k,m)個資源塊，每個資源塊只能分配給一個用戶，用戶可以有多個資源塊；假設p_D,k,m和p_U,k,m分別代表在下行鏈路和上行鏈路第(k,m)個資源塊的分配功率，同時0≤p_D,k,m≤P_D,max,0≤p_U,k,m≤P_U,max,其中P_D,max,P_U,max分別代表上下行鏈路中每個資源塊的最大分配功率；假設第n個用戶在第(k,m)個資源塊上下行的信道系數分別為h_D,n,k,m,h_U,n,k,m；

在下行鏈路中，第k個子載波和第m個子符號組成第(k,m)個資源塊；因此下行鏈路中，第(k,m)個資源塊的可達信息速率為：

其中，分配函數該函數表示將第(k,m)資源塊分配給具有最佳信道狀態信息的SWIPT用戶；h_D,Γ(_k,m)_,k,m為第n個用戶在第(k,m)個資源塊下行的信道系數,p_D,k,m代表在下行鏈路第(k,m)個資源塊的分配功率,為下行鏈路中第(k,m)個資源塊的噪聲功率，α_Γ(k,m)為第Γ(k,m)個資源塊的功率分割因子；

下行鏈路的總可達信息速率為：

同樣的第n個用戶的收集的能量可以表示為：

其中ξ表示能量轉換效率，α_n為功率分割因子；

與下行鏈路相似的在上行鏈路中：第(k′,m′)個資源塊的可達信息速率為：

同樣地，上行鏈路的總可達信息速率為：

聯合資源分配的目的是在受到EH和發射功率約束的情況下，最大化下行鏈路和上行鏈路信道中的加權總和ID率；優化問題可以表述如下：

其中P_tot表示BS的總發射功率，E_min表示所要求的最小收集能量，并且w∈(0,1)表示上行鏈路和下行鏈路可達速率之間的歸一化加權系數；顯然，當w＝0,w＝1分別代表兩個僅考慮上行鏈路或下行鏈路速率的特殊情況；

步驟2具體如下：

考慮使用貪婪算法對每個用戶進行分配，即針對下行鏈路或上行鏈路中的每個資源塊將其分配給最佳信道狀態信息的SWIPT用戶，因此分配函數表示為：

步驟3具體如下：

在給定分配功率{p_D,k,m},{p_U,k',m'},分配函數{Γ(k,m)}，{Γ(k',m')}時，優化問題(6)是凸優化問題，將優化問題重新表述為：

結合約束條件能夠求出，最優的功率分割因子為：

步驟4具體如下：

考慮在給定最優功率分割因子{α_n}和分配函數{Γ(k,m)},{Γ(k',m')}的情況下，優化問題(6)利用拉格朗日對偶法求解；拉格朗日對偶函數可以表示為：

其中，μ是與總功率約束相關的非負拉格朗日乘數，λ_n是關于下行鏈路能量收集約束的非負拉格朗日乘數，τ_n并且是關于上行鏈路能量約束的非負拉格朗日乘數；拉格朗日對偶函數可以從公式(10)導出為：

因此，該問題最終可以寫成以下Lagrange對偶函數：

上面的優化問題滿足KKT條件，最優上行和下行功率分別由(13)和(14)計算得到：

拉格朗日對偶函數是拉格朗日乘數的線性函數，因此問題(12)是凸問題；通過基于次梯度的方法來解決優化問題；拉格朗日乘數的增量可以寫成：

因此，可以沿負子梯度方向更新子梯度，如下所示:

其中v₁,v₂,v₃表示次梯度的非負步長。

2.如權利要求1所述的基于GFDM的無線攜能網絡上下行鏈路資源聯合分配方法，其特征在于步驟4實現流程如下：

(1).初始化拉格朗日乘子μ,{λ_n},{τ_n}，功率分割因子α_n，以及功率分配{p_D,k,m}，{p_U,k',_m'}；

(2).循環，直到Δμ,{Δλ_n},{Δτ_n}收斂；

a)計算資源塊分配函數Γ(k,m)；Γ(k',m')；

b)根據式(13)，(14)計算上下行鏈路功率分配{p_D,k,m}，{p_U,k',_m'}；

c)根據式(9)，計算功率分割因子α_n；

d)根據式(15),(16)，更新拉格朗日乘子；

(3).結束循環；

(4).返回最優的{Γ(k,m)}；{Γ(k',m')}。