[发明专利]一种无线供电的用户协作系统资源分配方法

权利要求书

1.一种无线供电的用户协作系统资源分配方法，其特征在于，该方法采用的通信系统模型包括混合接入点HAP、M个非合作的用户节点以及2N个合作用户的节点，其中合作用户中每两个用户节点组成一个合作用户对，该方法包括如下步骤：

时间资源划分为N+M+1个时隙，每个用户节点不具有能量供给，每次与HAP通信前由HAP充电；第一个时隙，HAP利用射频技术给网络中所有的用户节点充电；接下来的N个时隙，网络中的N个合作用户对依次和HAP通信；接下来的M个时隙，网络中的非合作用户依次和HAP通信；

网络中的每一个合作用户对采用三时隙的Alamouti空时编码进行通信，每个合作用户对的吞吐量随时间资源分配和功率分配策略的不同而不同，具体情况如下：

一个合作用户对由用户a和用户b组成，第一个时隙，用户a使用ρ_k部分的获取的能量向用户b和HAP发送信息；第二个时隙，用户b使用ρ_k部分获取的能量向用户a和HAP发送信息；第三个时隙，用户a使用剩余(1-ρ_k)部分的能量采用AF协议转发b的信息，同时用户b使用剩余(1-ρ_k)部分的能量采用AF协议转发a的信息；其中ρ_k表示第k个合作用户对的功分比，HAP采用联合检测，则用户a的吞吐量为：

其中，为第k个用户对发送信息的时间，为用户a的信噪比，τ₀为HAP发送能量的时间，η为能量转化效率，P为HAP的发射功率，h_ka为HAP和第k个合作用户对中用户a的信道增益，h_kb为HAP和第k个合作用户对中用户b的信道增益，f_k用户a和用户b的信道增益，N₀是HAP的噪声功率；

用户b的吞吐量为：

其中，为用户b的信噪比，

合作用户对k的吞吐量为用户a和b的吞吐量的和：

2.根据权利要求1所述的一种无线供电的用户协作系统资源分配方法，其特征在于，非合作用户直接向HAP发送信息，每个非合作用户的吞吐量随时间资源分配的不同而不同，每个非合作用户使用全部获取的能量向HAP发送自己的信息，非合作用户i的吞吐量为：

其中，为第i个非合作用户发送信息的时间，h_i为HAP和第i个非合作用户的信道增益。

3.根据权利要求1或2所述的一种无线供电的用户协作系统资源分配方法，其特征在于，优化无线供电通信网络中时间和功率分配的问题，使无线供电通信网络的吞吐量最大，具体如下：

0≤τ₀≤1

其中，优化的变量为充电时间和每个用户传输信息的时间，和合作用户对中用户的功率比，限制条件为一个时隙的总的时间限制；M为非合作用户的数目，N为合作用户对的个数；

采用两步求解，首先固定每个合作用户对的功分比，优化供电时间和信息传输时间，然后固定优化的时间优化每个合作用户对的功分比，直到时间和功分比收敛为止。

4.根据权利要求3所述的一种无线供电的用户协作系统资源分配方法，其特征在于，当ρ_k固定时1≤k≤N，采用拉格朗日对偶法求解优化问题，由此得到：

其中，x₁为方程的根，x₂为方程的根，β的值在0到1范围内使用二分查找法搜索使方程的根x₁和方程的根x₃满足等式(x₁-1)[B_k(1-ρ_k)+C_kρ_k]＝(x₃-1)[D_k(1-ρ_k)+E_kρ_k]。