[發明專利]一種基于SWIPT的NB-IoT系統上行鏈路資源分配法

有效

• 申請號: 202110481614.6
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113365288B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 曾詩瑩;伍沛然;夏明華
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W24/06;H04W16/22;H04W72/21;H04W72/044
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 劉俊

1.一種基于SWIPT的NB-IoT系統上行鏈路資源分配法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：在PS能量接收模型下，建立NB-IoT的單用戶上行SC-FDMA系統優化模型；

所述步驟S1的具體過程是：

S11：在功率分割模型中，接收到的電路信號通過功率分配分割器分為兩個流，其中一個流用于能量收集，另一個流用于信息解碼，功率占用比分別為β和1-β，這兩個過程是同步執行的，在單用戶NB-IoT上行鏈路系統中，子載波k上的接收信號Y_k表示為以下公式：

其中，P_k和X_k分別表示發射端發送信號功率和發送信號，N_k是加性高斯白噪聲，其方差為由于NB-IoT系統通過帶內部署模式部署在LTE系統帶寬中，因此是來自同信道LTE系統的干擾，接收端收集的信號功率表示為：

其中是的平均干擾功率，和都是相對于天線噪聲的；

S12：優化的目標函數是PS模型中NB-IoT上行鏈路系統的信道總速率，針對NB-IoT系統上行鏈路中采用的SC-FDMA技術單載波的特點，信道總速率為：

其中Bw是NBI-oT系統的信道帶寬，表示平均信噪比；

最小均方誤差和SINR之間存在以下關系：

MMSE_k＝(1+SINR_k)^-1???(4)

因此，公式(3)表示為：

其中，是等效頻域信道增益，功率分割因子β并不會對PS模型的信號處理過程帶來影響，故由以下公式給出：

S13：由于對數函數的單調性，得到優化問題的數學模型為：

s.t.C1：0≤P_k≤P_peak，k????(8-a)

C2：

C3：

C4：

其中，約束C1表示分配給每個子載波的可實現的最大功率；約束C2表示系統總功率不能超過發射機預先設置的門限值P_tot；約束C3表示收集的總能量最低必須達到E_min以實現終端的正常通信，其中κ是能量轉換效率；約束C4表示對LTE系統的總干擾受指定閾值I_max的限制；

S14：將傳輸速率設置為2bps/Hz，最終得到的最佳總信道速率為：

Ω₁＝min{max(R_tot)，2}?(9)

其中Ω₁是將優化問題的最優解P_k代入公式(6)中得到的結果；

S2：求解步驟S1建立的SC-FDMA系統優化模型的最優的分配策略和能量收集因子，包括：應用拉格朗日對偶分解法和KKT條件求解SC-FDMA系統優化模型的內層優化問題；在SC-FDMA系統優化模型的外層優化問題中，使用黃金分割搜索方法和次優搜索方法來獲取能量收集因子；

S3：在TS能量接收模型下，建立NB-IoT的單用戶上行SC-FDMA系統優化模型；

S4：按照步驟S1-S2中的PS模型的求解方法，求解TS模型下的優化問題。

2.根據權利要求1所述的基于SWIPT的NB-IoT系統上行鏈路資源分配法，其特征在于，所述步驟S2中，優化問題是一個同時關于P_k和β的耦合問題，它既不是線性的也不是凸的，在給定一個固定已知的β值的情況下，將看作是一個凸優化問題，其包含多個凸約束且目標函數為凸函數，為了聯合求解，提出一種雙層優化方案將功率分配問題和能量收集因子的搜索問題分開：首先，使用一個固定已知的β值帶入中來求解優化模型以獲得最佳的P_k，這個過程稱為內層優化過程；然后，再通過一維搜索算法找到合適的β值使得內層優化性能最佳，這個過程稱為外層優化過程。