[发明专利]一种无线携能OFDM协作中继通信系统的资源优化分配方法

说明书

本发明考虑解码成本对无线携能OFDM协作中继通信系统的影响，提出一种无线携能OFDM协作中继通信系统的资源优化分配方法，包括以下步骤：源节点向中继节点发送OFDM信号，中继节点利用功率分割器将接收信号功率分为用于信息解码和用于能量收集的功率；中继节点利用能量收集器收集能量，然后利用收集的能量进行信息解码，将解码后的信号发送给目的节点；目的节点利用功率分割器将接收信号功率分为用于信息解码和用于能量收集的功率；目的节点利用能量收集器收集能量，然后利用收集的能量进行信息解码；基于解码速率构建用于计算解码成本的非递减函数，建立优化问题模型；对优化问题模型进行求解，得到资源优化分配最优解。

技术领域

本发明涉及无线通信的资源分配技术领域，更具体地，涉及一种无线携能OFDM协作中继通信系统的资源优化分配方法。

背景技术

由于5G通信，智能终端等设备的快速发展，网络设备的能耗呈指数增长，如何最大程度地减少能耗，成为研究人员面临的具有重大挑战性问题。无线携能通信技术(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer，SWIPT)与协作中继(Cooperative Relay，CoR)技术的集成可能是解决该问题最有前途的方案。CoR用于收集能量以及提高频谱效率，可以解决衰落，路径损耗，阴影和小覆盖范围等问题。而中继节点通常为能量受限或无电池的设备，他们有时需要外部充电系统来更换电池或为其充电，因此采用集成SWIPT和CoR技术是不方便甚至是不可行的。针对这个问题，能量收集(EnergyHarvesting，EH))技术是最具成本效益，最合适，最安全的解决方案之一。在各种类型的EH技术中，SWIPT是最杰出的技术之一，它通过同时向中继节点传递能量和信息来提高能量效率和频谱效率。

EH技术为无线网络提供了能量，在一定程度上补充了系统的能量消耗，使得网络能够自给自足，大大延长了无线网络的寿命。系统的能量消耗通常用于数据传输以及信号处理成本。系统的能量消耗分为发射端的信号处理成本以及接收端的解码成本。对于哪种能耗占据主要地位，主要取决于能量收集策略以及系统通信距离。目前有较多文献对发送端的能量消耗问题进行了研究，例如在全双工的双向通信系统中考虑发送端信号处理成本的系统吞吐量优化问题，以及考虑信号处理成本的不同场景的能量收集网络的性能。有文献表明，信号处理成本与解码成本在一定条件下是相当的，尤其在短距离通信通信中，可以用相对低的功率实现高数据率，此时解码成本可能占据主导地位。针对解码成本的计算，目前主要采用假定为数据速率的递增凸函数的解码成本函数，但根据实际能量收集电路，其不具备通用性。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中缺乏考虑解码成本对无线携能OFDM协作中继通信系统的影响，导致影响系统通信性能的缺陷，提供一种无线携能OFDM协作中继通信系统的资源优化分配方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种无线携能OFDM协作中继通信系统的资源优化分配方法，其中所述无线携能OFDM协作中继通信系统包括源节点、中继节点和目的节点，资源优化分配方法包括以下步骤：

S1：源节点向中继节点发送OFDM信号，中继节点利用功率分割器将接收信号功率分为用于信息解码和用于能量收集的功率；

S2：中继节点利用能量收集器收集能量，然后利用收集的能量进行信息解码，将解码后的信号发送给目的节点；

S3：目的节点利用功率分割器将接收信号功率分为用于信息解码和用于能量收集的功率；目的节点利用能量收集器收集能量，然后利用收集的能量进行信息解码；

S4：基于解码速率构建非递减的解码成本计算函数，基于所述解码成本计算函数以优化系统容量为目的建立优化问题模型；

S5：对所述优化问题模型进行求解，得到资源优化分配最优解。