[发明专利]一种非正交多址接入的无线供电中继网络优化方法

说明书

本发明公开了一种非正交多址接入的无线供电中继网络优化方法，分为能量收集阶段和信息传输阶段，在传统的双跳无线供电中继网络系统基础上，用户通过时分多址方式向中继传输信息，经中继解码转发后，所有中继再通过非正交多址的方式同时向基站发送信息，提升了频谱利用率的同时，也提高了整个网络的总传输速率。

技术领域

本发明涉及一种非正交多址接入的无线供电中继网络优化方法，属于无线能量传输领域。

背景技术

随着物联网的迅速发展，快速增长的通信需求导致能量的迅速消耗，这严重制约着以能量受限传感器为基础的物联网的传输性能和使用寿命。然而，传统的电网充电和电池更换在一些特定传感器网络场景难以实现，如大规模传感器网络、嵌入式器件和偏远地区网络等。因此，急需一种有效的供能机制为能量受限的传输网络提供持续的能量补给。近年来，绿色通信的概念引起了广泛专家学者们的关注，其主要包括提高无线通信资源的利用率，以及将可再生能源作为无线通信网络的主要供能手段。将可再生能源引入无线通信网络，使得节点可以自发地从环境中获取能量的研究方兴未艾。

由于无线通信技术的飞速发展使得射频能量资源变得越来越丰富，基于射频信号的能量采集技术能够延长能量受限设备的使用寿命。基于此，无线供电通信网络正日益引起学者们的关注。近年来，无线供电通信网络得到了广泛的研究。无线供电通信网络运行的主要基础是收集再传输协议，该协议包含能量收集和数据传输两个阶段，在能量收集阶段，用户收集基站在下行链路辐射的能量信号；在数据传输阶段，用户利用先前收集的能量以时分多址的方式向基站发送数据。

现有技术中每个用户从用户到中继的信息传输和中继到混合接入点的信息传输时间是相同的，缺少了资源分配的灵活性，且能量收集对用户个体的传输速率有一定的负面影响，信息传输阶段的频谱利用率也有待进一步的提升。

发明内容

发明目的：本发明提出一种非正交多址接入的无线供电中继网络优化方法，提高了整个网络的信息吞吐量。

技术方案：本发明采用的技术方案为一种非正交多址接入的无线供电中继网络优化方法，包括能量收集阶段和信息传输阶段，所述信息传输阶段包括以下步骤：

1)对传输时间划分时隙，用户采用时分多址的方式无线传输信息给其相应的中继，中继以非正交多址的方式将来自其相应用户的已解码信息同时传输给基站；

2)计算信息传输阶段整个网络的系统总吞吐量；

3)根据上一步所得的系统总吞吐量，列出系统总吞吐量最大化的优化问题并求解。

所述步骤1)中定义一个传输块时间为T，令T＝1。一个传输块共分为K+2个时隙，其分别表示为τ_i,i＝0,1,…,K+1。

所述步骤1)中能量收集阶段τ₀时间内，基站在下行链路中广播射频能量信号，各个中继收集基站发出的能量；

在信息传输阶段，从用户至基站的信息传输共分为两跳。第一跳用户采用时分多址的方式无线传输信息给其相应的中继，即在τ_i,i＝1,…,K时间内，用户U_i传输信息给中继R_i；第二跳所有中继以非正交多址的方式在τ_K+1时间内将来自其相应用户的已解码信息同时传输给基站。

所述步骤1)中整个系统的时间约束条件如下：

在能量收集阶段τ₀内，第i中继R_i采集到的能量E_r,i为：

E_r,i＝η_r,iP_h|h_i|²τ₀