[发明专利]一种基于SWIPT的NB-IoT系统上行链路资源分配法

说明书

本发明提供一种基于SWIPT的NB‑IoT系统上行链路资源分配法，该方法在PS能量接收模型下，建立NB‑IoT的单用户上行SC‑FDMA系统优化模型；求解建立的SC‑FDMA系统优化模型的最优的分配策略和能量收集因子，包括：应用拉格朗日对偶分解法和KKT条件求解SC‑FDMA系统优化模型的内层优化问题；在SC‑FDMA系统优化模型的外层优化问题中，使用黄金分割搜索方法和次优搜索方法来获取能量收集因子；在TS能量接收模型下，按照上述的PS模型的求解方法，求解TS模型下的优化问题；本发明方法获得了模型的最优的功率分配策略和能量收集因子，从而实现系统信道总速率最大化。

技术领域

本发明涉及窄带物联网系统中无线携能通信技术领域，更具体地，涉及一种基于SWIPT的NB-IoT系统上行链路资源分配法。

背景技术

窄带物联网(NarrowBand Internet of Things,NB-IoT)可以提供更广的覆盖范围，并具有低吞吐量、低延迟性、低成本和低能耗的优势。如何利用这些好处，尤其是覆盖范围、数据速率和能效是一个巨大的挑战。在这方面，能量收集 (Energy Harvesting,EH)是为物联网设备提供持续能量的一种比较有效的方法。射频能量收集技术可以分为两类，一类称为无线电能传输(Wireless Power Transmission,WPT)，另一类称为无线携能通信。有文献首先在理论上中引入了 SWIPT的概念，该技术使IoT设备能够在收集能量的同时从接收到的RF信号中接收信息，从而实现更多的功能。一般地，SWIPT分为两种模式，即功率分配(Power Splitting,PS)模式和时间切换(TimeSwitching,TS)模式。更具体地说， PS-SWIPT将RF信号的接收功率分为两个流，一个流用于能量收集，其余的用于信息解码，而TS-SWIPT则在同一时间从同一RF信号中获取能量并进行信息解码。在功耗、抗干扰、延迟方面和能量效率方面，SWIPT技术可以达到令人满意的收益。

现有技术中，有文献记载从讨论不同类型的SWIPT场景开始，以技术和理论两个角度对SWIPT进行了回顾；还有文献记载假设每个接收器充当信息解码(InformationDecoding,ID)接收器或能量收集接收器，在多输入多输出(MultipleInputMultipleOutput,MIMO)广播信道(BroadcastChannel,BC)中应用 SWIPT技术。为了支持接收器上的同时ID和EH过程，提出了用于点对点MIMO 系统的功率分配和时间切换架构模型，并考虑了总速率最大化问题，从而开发了最佳功率传输方法。在此基础上，PS和TS基础架构被扩展到中继信道、干扰信道(Interference Channel,IFC)和多小区网络中。还有文献研究了基于SWIPT的 SISO正交频分复用技术(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing,OFDM)系统的最大可行速率和能量。有文献研究了基于SWIPT的多用户场景，包括基于 TS的时分多址(Time Division Multiple Access,TDMA)系统以及基于PS的OFDM 系统，在最小的用户收集能量和最大发射功率的约束下，研究了最优功率分配和 TS/PS比，以获得两个系统的最大加权求和速率。

现有文献表明，启用SWIPT技术的蜂窝移动网络系统在许多方面的性能能够得到很大的提升，包括能量收集、数据速率、中断性能等。传统的蜂窝网络需要相对较大的数据速率。另一方面，SWIPT已经被证实是即将到来的IoT时代的最有效节能的解决方案，并且启用SWIPT技术的蜂窝网络的潜在性能仍然未知，因此值得深究。

发明内容

本发明提供一种基于SWIPT的NB-IoT系统上行链路资源分配法，该方法对系统功率分配情况以及能量因子的选择进行了优化，从而最大化系统信道总速率。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种基于SWIPT的NB-IoT系统上行链路资源分配法，包括以下步骤：