[发明专利]基于信息和能量同时无线传输的OFDM中继网络资源分配方法

摘要

本发明公开了基于信息和能量同时无线传输的OFDM中继网络资源分配方法，该方法在满足源节点峰值功率限制、各子载波峰值功率限制和中继节点能量因果性限制的条件下，构建了系统吞吐量的优化模型。在源节点子载波分配策略给定的情况下，给出了原问题满足的最优准则。然后通过设置源节点能量传输的总功率，将原问题解耦为两个分离的吞吐量最大化子问题，大大降低了原问题求解的复杂度。解耦后的子问题采用注水的方式求解。最后，本发明提出了四种子载波分配方案，分别为能量优先方案、信息优先方案、均衡分配方案和穷举方案，前三种方案可以显著降低子载波分配的复杂度。

主权项

基于信息和能量同时无线传输的OFDM中继网络资源分配方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)初始化：源节点总功率为Q，用于传输能量的初始总功率为Q1＝Q/2，用于传输信息的初始总功率为Q2＝Q‑Q1，Q1增减的最小步长为s，源节点子载波分配策略NE和NI，其中NE表示源节点用于传输能量的子载波集合，NI表示用于传输信息的子载波集合；2)由于Q1和子载波分配策略NE，NI给定，令向量α表示对集合NE中的子载波信道增益降序排列后其在原来位置的下标，即：α＝argsort(gn),n∈NE，其中α的第n个元素表示为α(n)；那么源节点向中继节点的能量传输优先发生在信道条件最好的一个子载波上，即首先将Q1分到子载波α(1)上，直到pα(1)＝Pmax或者pα(1)＝Q1，其中pn表示S→R第n个子载波上的传输功率，Pmax表示各个子载波上允许传输的最大功率；若pα(1)＜Q1，则将Q1剩余的部分分到子载波α(2)上，直到pα(2)＝Pmax或者重复这个过程，直到将Q1分尽或者对所有的n∈NE，都达到pα(n)＝Pmax，由此获得S→R用于能量传输的子载波上的最优功率分配n∈NE；3)由公式计算源节点用于传输信息的子载波的最优功率分配其中，(x)+＝max(0,x)，λ满足或者对于所有的n∈NI，满足pn＝Pmax，表示中继节点R的接收噪声功率，gn表示S→R第n个子载波的信道衰落系数；由公式计算中继节点用于传输信息的子载波的最优功率分配其中，qn表示R→D第n个子载波上的传输功率，γ满足或者对于所有的n∈N，满足qn＝Pmax，表示目的节点D的接收噪声功率，hn表示R→D上第n个子载波的信道衰落系数，η表示能量传输效率，E0表示中继节点电池内初始能量；4)若源节点的最大吞吐量小于中继节点的最大吞吐量那么重复Q1＝Q1‑s和步骤2)，步骤3)，直到Q1＝0或者或者对所有的n∈NI，成立；5)若源节点的最大吞吐量大于等于中继节点的最大吞吐量那么重复Q1＝Q1+s和步骤2)，步骤3)，直到或者对所有的n∈N，成立；6)计算给定源节点子载波分配策略NE和NI情况下的最大系统吞吐量C*=min{Σn=1N12log2(1+qn*hnσD,n2),Σn∈NI12log2(1+pn*gnσR,n2)};]]>7)按给出的子载波分配方案遍历源节点子载波分配，寻找所有情况中系统的最大吞吐量的最大值即为系统最优吞吐量。