[发明专利]下行合作非正交多址接入系统资源分配方法

权利要求书

1.一种下行合作非正交多址接入系统资源分配方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、建立资源分配场景，明确优化问题及约束条件；

S2、对所述优化问题进行可行性检查；

S3、判断优化问题是否存在可行性解，若存在可行性解则执行下一步骤，若不存在则算法结束；

S4、以资源分配场景中最大化近用户传输数据量为目标，对优化问题进行优化；

S1包括如下步骤：

S11、建立资源分配场景，设在下行传输系统中，存在一个基站、一个信道条件好的近用户和一个因信道条件差而与基站之间无直接通信链路的远用户，为了与远用户建立通信连接，基站将近用户作为中继转发信息给远用户，且利用基于时分模式的无线能量采集技术对近用户进行无线供能，以补偿近用户因转发信息而消耗掉的能量；

S12、总频谱带宽被平分为N个子载波，这些子载波的集合为N，在第i个子载波上，基站与近用户、近用户与远用户之间的信道增益系数分别用和表示；

S13、将传输时长归一化为1，传输过程分为三个阶段，τ₀、τ₁和τ₂分别表示第一、第二和第三阶段的时长，且τ₀+τ₁+τ₂＝1；

在第一阶段中，基站不与用户进行通信，只传输能量给近用户，近用户收集来自基站的能量，能量收集效率为ζ，基站在第i个子载波上的发射功率为

在第二阶段中，基站采用叠加编码技术发送近用户和远用户的叠加信号给近用户，近用户利用串行干扰消除技术解码出不同用户的信号，

其中，在第i个子载波上，基站的发射功率为分配给近用户的功率比例为αⁱ，近用户的传输数据量为近用户解码出远用户的数据量为

在第三阶段中，近用户利用第一阶段收集到的能量转发远用户的信息，其中在第i个子载波上，近用户的发射功率为远用户解码出自身信号的数据量为

S14、明确需要解决的优化问题P1，

P1:

在优化问题P1中，目标函数为近用户的传输数据量；

S15、明确优化问题的约束条件C1～C8，

C1：

C2：

C3：

C4：

C5：

C6：0≤αⁱ≤1，

C7：τ₀+τ₁+τ₂＝1，

C8：0≤τ₀≤1,0≤τ₁≤1,0≤τ₂≤1；

其中，C1和C2为基站的传输功率约束，表示在第一阶段和第二阶段中，基站的传输功率不超过最大总传输功率P；

C3和C4为远用户的传输数据量约束，表示近用户在第二阶段解码出远用户的数据量和远用户在第三阶段解码出自身信号的数据量均不低于目标数据量D；

C5为近用户的能量因果约束，表示近用户在第三阶段用于转发的能量不能超过其在第一阶段收集到的能量；

C6和C8表示αⁱ、τ₀、τ₁、τ₂的取值范围为[0,1]；

C7表示三个阶段的时长和为1；

S2包括如下步骤：

S20、在求解优化问题P1之前先检查该问题是否可行，即判断近用户在第二阶段解码出远用户的数据量和远用户在第三阶段解码出自身信号的数据量是否都能达到目标数据量D，通过求解优化问题P2进行可行性检查，

P2：

约束条件包括C1、C2、C5、C6、C7、C8，还包括C9，

C9：

S2还包括如下步骤：

S21、令αⁱ＝0，

S22、初始化参数，设置

S23、给定τ₀、τ₁和τ₂，对和进行优化；

S24、给定和对τ₀、τ₁和τ₂进行优化；

S25、判断优化问题P2是否收敛，若收敛则进入下一步，若不收敛，则返回S23；

S23具体包括如下步骤：

S231、在基站传输功率约束下，以最大化近用户在第二阶段解码出远用户的数据量为目标，对进行优化；

S232、在近用户能量因果约束下，以最大化远用户在第三阶段解码出自身信号的数据量为目标，对进行优化；

S3包括如下步骤：

判断S2中所得到的优化问题P2的结果是否大于目标数据量D，若大于则认为优化问题P1有可行性解，执行下一步骤，否则认为优化问题P1无可行性解，算法结束；

S4包括如下步骤：

S40、以最大化近用户收集的能量为目标，对进行优化，

S4还包括如下步骤：

S41、将S2中求得的解作为其余优化变量的初始可行性解；

S42、给定τ₀、τ₁、τ₂和{αⁱ}，对和进行优化；

S43、给定{αⁱ}、和对τ₀、τ₁、和τ₂进行优化；

S44、给定τ₀、τ₁、τ₂、和对{αⁱ}进行优化，将约束条件C3转化为，

C3：

将优化问题P1转化为，

P1：

令则将优化问题P1转化为，

P1：

约束条件为C10、C11，

C10：

C11：

当约束C10取等时，目标函数最大，令

S45、判断优化问题P1是否收敛，若收敛则算法结束，输入优化后的τ₀、τ₁、τ₂、和{αⁱ}；若不收敛，则返回步骤S42；

S42包括如下步骤：

S421、在传输功率约束和传输数据量约束下，以最大化近用户传输数据量为目标，对进行优化；

S422、在能量因果约束下，以最大化远用户在第三阶段解码出自身信号的数据量为目标，对进行优化。