[发明专利]一种数能一体化通信网络的资源分配最优化方法

说明书

本发明公开了一种数能一体化通信网络的资源分配最优化方法，由基站下行波束设计、功率分配和时隙分配三个部分组成。本发明在做功率和时隙分配时考虑实际的RF‑CD电路的功率灵敏度的问题，不仅提高了多用户数能一体化通信网络的能量利用效率，同时还兼顾了多用户数据队列传输的公平性和系统稳定性。

技术领域

本发明属于数能一体化通信网络技术领域，具体涉及一种数能一体化通信网络的资源分配最优化方法的设计。

背景技术

能量收集(Energy Harvesting，EH)技术因其能为无线传感网络等能量受限网络提供稳定的能量并延长网络生命周期而具有大好发展前景。能量收集技术的能量来源不仅包括周围环境的大多数自然能源，如太阳能、光能、风能、热能、化学能等，还可以将接收的周围无线信号转化成一种电能，如人工获取的射频(Radio Frequency，RF)信号。而基于RF信号的能量收集因其可以不受天气环境影响并提供稳定能量成为研究热点。

随着无线网络技术的快速发展和移动设备的数量急剧增加，如手机和可穿戴设备等用户设备(UEs)产生了巨大的数据量。如何为这些设备无线供能成为一个具有挑战性的问题。无线能量传输(Wireless Energy Transfer，WET)技术可以收集外在RF信号并通过电路设计将其转化为直流(Direct Current，DC)电路用于无线信息传输(WirelessInformation Transfer，WIT)，从而处理一些能量受限和不稳定网络的能量瓶颈问题。数能一体化通信网络(Data and energy integrated communication networks，DEINs)是一种能实现数据与能量协作传输的新型网络。在数能一体化网络中，能量和数据可以同时传输，亦可以通过传输能量信号为能量受限设备提供能量进行信息传输，延长网络寿命。在一个典型的多用户数能一体化网络中，基站通过下行WET为用户提供能量，而用户通过这些能量来进行上行WIT。

目前许多研究都集中在大数据传输技术，包括框架、传输协议和算法。其中有文献研究了移动自组织网络(MANETS)的大数据传输，提出了一种新的在网络中的分发票的协议，在带宽受限的环境中表现出较高的性能。另有文献提出了一种新的方案，该方案可以通过基于属性的加密(ABE)系统的动态策略更新方法进行有效的访问控制，并且考虑到了安全性问题。

但是所有这些关于DEINs的研究都集中在上行总吞吐量和下行信息速率，而总的能量利用率却被忽略了。并且当前研究忽略了一些紧急UEs的数据需要首先发送，除此之外，当前研究并未考虑RF-DC电路的功率灵敏度，这会造成对上行WIT吞吐量的过高估计。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中对于多用户数能一体化通信网络能量利用效率缺乏研究，并且在做功率和时隙分配时未按实际要求考虑电池的容量受限以及RF-CD电路的功率灵敏度的问题，提出了一种数能一体化通信网络的资源分配最优化方法。

本发明的技术方案为：一种数能一体化通信网络的资源分配最优化方法，包括以下步骤：

S1、确定网络模型，并为其分配时分双工传输协议；

S2、根据系统特性定义传输策略；

S3、当每个时隙下行WET在发射功率一定时，假设已知信道状态信息(ChannelState Information，CSI)和天线波束分配，求每个用户的接收信号，接收功率和接收能量；

S4、当每个时隙上行WIT阶段时，计算用户的信息传输速率；

S5、定义优化目标为最大化能量利用率，得到优化目标表达式以及其约束；

S6、根据优化目标表达式以及其约束求解出最优波束设计；

S7、根据优化目标表达式以及其约束求解出最优化功率分配和时间分配。