[发明专利]无线供能通信网络中的联合上下行信息传输的资源分配方法

说明书

本发明公开了一种无线供能通信网络中的联合上下行信息传输的资源分配方法，用户通过射频无线能量收集技术为其提供上行信息传输能量。整个网络架构包含一个基站，多个用户。本发明联合考虑了用户的上下行信息传输，在基站总发射功率和能量因果约束下优化用户上下行传输时间分配、载波分配和功率分配，能最大化用户的加权上下行传输速率。本发明的联合考虑上下行信息传输资源分配方法可以通过调节权重因子调节用户的上下行信息传输，且该方法复杂度低，易于实现。

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其是一种无线供能通信网络中的联合考虑上下行信息传输的资源分配方法，该方法可以在无线供能通信网络中基于射频无线能量收集技术，并结合用户上下行传输时间分配、载波分配和功率分配，最大化用户的加权上下行传输总速率。

背景技术

无线网络利用能量收集技术能够为无线设备提供永久的能量，最近引起了人们的广泛关注。射频无线能量收集技术利用电磁波的远场辐射特性，可以为广泛分布的移动设备提供能量。由此出现了一种无线供能的通信网络架构，在此架构中用户通过射频无线能量收集技术，从基站或特定能量站发射的射频信号中收集能量。基于射频无线能量收集技术，无线设备可以利用收集的能量传输信息。在用户下行传输阶段，可以同时进行无线信息和能量的传输。而在用户上行传输阶段，用户可以利用收集的能量进行上行信息传输。目前的研究通常将无线供能通信网络中用户的下行能量及信息传输和上行信息传输分开考虑，降低了网络的传输效率。所以，对于无线供能通信网络来说，可联合考虑用户的上下行信息传输，并通过联合优化上下行资源分配，进一步提高网络的传输效率。

发明内容

技术问题：本发明的目的是通过射频无线能量收集技术进一步提高无线供电通信网络中的资源分配效率，提出一种联合上下行信息传输的资源分配方法，在基站总发射功率和能量因果约束下，优化用户上下行传输时间分配、载波分配和功率分配。

技术方案：提供一种无线供能通信网络中的上下行资源分配方法，所述的无线供能通信网络包括一个基站，K个用户和N个子载波。用户和子载波的集合分别用和表示。假设传输时间是归一化的。传输时间包含两个阶段，即下行传输阶段，其持续时间表示为τ^D；上行传输阶段，其持续时间表示为1-τ^D。基站和用户k之间在子载波n上的信道功率增益用h_k,n表示。在下行传输阶段，每个用户在其分配的子载波上接收信息，并在其他子载波上进行能量收集。考虑到子载波可以分配给所有用户进行能量收集，引入一个序号为0的虚拟用户。如果子载波被分配给虚拟用户用于信息传输，那么这些子载波被所有真实用户用于能量收集。假设与虚拟用户有关的信道功率增益为零，且虚拟用户被包含在用户集中。表示从基站到第k个用户在子载波n上的下行链路传输功率。假设每个子载波一次可以且仅可以给一个用户提供下行信息传输服务，即基站的总发射功率限制为且分配给每个子载波的传输功率限制为其中P_pk为基站分配给每个子载波的功率，P为基站的总发射功率。ζ(0ζ1)表示能量收集效率，用户k收集的能量可以表示为

其中是能量收集饱和阈值。假设用户k收获的能量储存在初始能量为Q_k的蓄电池中。在上行通信中，用户利用收集到的能量进行上行信息传输。表示用户k在第n个子载波上进行上行信息传输的功率。假设每个子载波只能分配给一个用户提供上行信息传输，即根据能量因果约束，上行信息传输消耗的能量不能超过收获的能量与蓄电池初始能量的总和，即约束条件第k个用户的上下行传输速率分别为其中σ²是噪声功率，分别令w^U，w^D为上下行传输速率的加权因子，且其满足条件w^U≥0,w^D≥0,w^U+w^D＝1。

本发明的联合考虑上下行信息传输的资源分配方法解决的优化问题如下：