[发明专利]一种基于混合能量采集的多用户资源优化方法

权利要求书

1.一种基于混合能量采集的OFDM系统下行链路多用户资源优化方法，其特征在于，所述基于混合能量采集的OFDM系统下行链路多用户资源优化方法包括以下步骤：

步骤一，采用泊松分布对能量采集过程进行建模，基于能量到达和信道状态时变特性定义时间段m概念，每一个时间段m内基站发射功率不变；

步骤二，根据信道状态时变特性以及用户间速率的比例常数要求，确定传输过程中的子载波分配(i,k)，其中i＝1,2,…,I，I表示子载波i总数，k表示第k个用户；

步骤三，设计以最大化能量效率η_ee为目标的优化模型，利用拉格朗日对偶性将原问题转化为对偶问题，计算所有时间段m内各子载波i上的功率分配，采用梯度下降法对拉格朗日乘子进行迭代更新，求得原问题的最优解；

所述的资源优化方法采用泊松分布对能量采集过程进行建模，并基于能量到达和信道状态时变特性定义时间段m概念；

能量的到达过程服从速率为λ_e的泊松计数分布，用表示能量到达时刻序列，根据泊松分布的性质，时刻序列的间隔服从均值为1/λ_e的指数分布；至于信道状态变化过程，主要采用相干时间来描述信道特性，在相干时间内，信道的状态是相同的，信道改变时刻记为：信道衰落变化时刻序列的间隔是固定的相干时长；在整个传输过程中，每一次的能量到达时刻或者信道状态变化时刻记为一个时刻断点，从前一个时刻断点到一个新的时刻断点，这一段时间记为一个时间段，其中时间段m记为[t_m,t_m+1)，t_m和t_m+1为相邻的两个时刻断点，时间段m的时间间隔为L_m＝t_m+1-t_m，在每一段时间内，没有能量的到达也没有信道的变化，所以假设基站信号的发射功率是相同的；假设在时刻t_m采集到的能量用E_in(m)表示，E_in(m)将用于下一时刻的功率发送，只有在能量到达时刻采集的能量才会被充进电池中，当采集的能量不足以满足信号发射所需的能量时，剩余发射所需的能量由电网提供，当新到达的能量超过电池的剩余容量E_max时，能量将会溢出而无法再利用，导致能量的浪费；

根据信道状态时变特性以及用户间速率的比例常数要求，对子载波进行分配；由于信道条件是时变的，对于不同的用户来说信道条件最好的子载波总是变化的，因此需要在每一次信道变化时对子载波重新分配；用户速率随子载波重新分配而变化，每一个用户至少需要获得一个子载波以保证速率不为零，兼顾用户速率比例公平性，速率最小的用户需要分配更多的载波，具体分配方式如下：

假设待分配的子载波合集是Ω，在每一次信道变化时刻点来临时：

第一步，对于用户k＝1…K，将满足的子载波i分配给用户k，H_i,k是载波i到用户k的信道参数，更新子载波集Ω为Ω-K；

第二步，计算每一个用户的速率R_k，找到用户φ_k表示用户k与用户1的速率比值，将满足的子载波i分配给用户k，更新子载波集Ω-K为Ω-K-i；

第三步，重复第二步至待分配的子载波合集变为0。

2.如权利要求1所述的基于混合能量采集的OFDM系统下行链路多用户资源优化方法，其特征在于，所述的基于混合能量采集的OFDM系统下行链路多用户资源优化方法为综合考虑子载波分配、功率分配两组优化变量，进行分步优化，使系统能量效率最大化，每一个用户速率达到比例公平。