[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

本發明提供一種基于SWIPT的NB?IoT系統上行鏈路資源分配法，該方法在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；求解建立的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；在TS能量接收模型下，按照上述的PS模型的求解方法，求解TS模型下的優化問題；本發明方法獲得了模型的最優的功率分配策略和能量收集因子，從而實現系統信道總速率最大化。

技術領域

本發明涉及窄帶物聯網系統中無線攜能通信技術領域，更具體地，涉及一種基于SWIPT的NB-IoT系統上行鏈路資源分配法。

背景技術

窄帶物聯網(NarrowBand?Internet?of?Things,NB-IoT)可以提供更廣的覆蓋范圍，并具有低吞吐量、低延遲性、低成本和低能耗的優勢。如何利用這些好處，尤其是覆蓋范圍、數據速率和能效是一個巨大的挑戰。在這方面，能量收集?(Energy?Harvesting,EH)是為物聯網設備提供持續能量的一種比較有效的方法。射頻能量收集技術可以分為兩類，一類稱為無線電能傳輸(Wireless?Power?Transmission,WPT)，另一類稱為無線攜能通信。有文獻首先在理論上中引入了?SWIPT的概念，該技術使IoT設備能夠在收集能量的同時從接收到的RF信號中接收信息，從而實現更多的功能。一般地，SWIPT分為兩種模式，即功率分配(Power?Splitting,PS)模式和時間切換(TimeSwitching,TS)模式。更具體地說，?PS-SWIPT將RF信號的接收功率分為兩個流，一個流用于能量收集，其余的用于信息解碼，而TS-SWIPT則在同一時間從同一RF信號中獲取能量并進行信息解碼。在功耗、抗干擾、延遲方面和能量效率方面，SWIPT技術可以達到令人滿意的收益。

現有技術中，有文獻記載從討論不同類型的SWIPT場景開始，以技術和理論兩個角度對SWIPT進行了回顧；還有文獻記載假設每個接收器充當信息解碼(InformationDecoding,ID)接收器或能量收集接收器，在多輸入多輸出(MultipleInputMultipleOutput,MIMO)廣播信道(BroadcastChannel,BC)中應用?SWIPT技術。為了支持接收器上的同時ID和EH過程，提出了用于點對點MIMO?系統的功率分配和時間切換架構模型，并考慮了總速率最大化問題，從而開發了最佳功率傳輸方法。在此基礎上，PS和TS基礎架構被擴展到中繼信道、干擾信道(Interference?Channel,IFC)和多小區網絡中。還有文獻研究了基于SWIPT的?SISO正交頻分復用技術(Orthogonal?FrequencyDivision?Multiplexing,OFDM)系統的最大可行速率和能量。有文獻研究了基于SWIPT的多用戶場景，包括基于?TS的時分多址(Time?Division?Multiple?Access,TDMA)系統以及基于PS的OFDM?系統，在最小的用戶收集能量和最大發射功率的約束下，研究了最優功率分配和?TS/PS比，以獲得兩個系統的最大加權求和速率。

現有文獻表明，啟用SWIPT技術的蜂窩移動網絡系統在許多方面的性能能夠得到很大的提升，包括能量收集、數據速率、中斷性能等。傳統的蜂窩網絡需要相對較大的數據速率。另一方面，SWIPT已經被證實是即將到來的IoT時代的最有效節能的解決方案，并且啟用SWIPT技術的蜂窩網絡的潛在性能仍然未知，因此值得深究。

發明內容

本發明提供一種基于SWIPT的NB-IoT系統上行鏈路資源分配法，該方法對系統功率分配情況以及能量因子的選擇進行了優化，從而最大化系統信道總速率。

為了達到上述技術效果，本發明的技術方案如下：

一種基于SWIPT的NB-IoT系統上行鏈路資源分配法，包括以下步驟：