[发明专利]一种能量捕获D2D网络中的动态模式选择与能量分配方法

摘要

本发明一种能量捕获D2D网络中的动态模式选择与能量分配方法，针对通过能量捕获供能的D2D与电池供电用户共存的蜂窝系统，考虑时隙化的传输，以K个时隙为一个传输阶段，在传输阶段的每个时隙利用信噪比门限在不同的信道条件以及能量状态下为用户动态地选择资源复用模式，并结合当前与过去已获知的信道信息构建效用指标，依据效用指标参数进行在线的能量分配及功率控制，在当前时隙信道效用指标大于先前效用指标的平均值时，将当前时隙可用能量全部用于当前时隙数据发送，否则只使用一半的能量而将另一半预留给以后的时隙。确定了当前时隙使用的能量值后，在能量及蜂窝链路速率的限制下以最大化用户传输速率和为目标对用户发送功率进行控制。

主权项

1.一种基于能量捕获的D2D模式选择与能量分配方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，在每个传输阶段开始前，基站随机为小区内的已建立连接的每一个D2D用户对分配一个蜂窝用户作为资源共享对象，配对后的一个D2D用户对与一个蜂窝用户共享相同资源，给定D2D用户对选择的信噪比门限值并将整个传输阶段划分为K个等长的传输时隙，每个时隙长度为τ；初始化时隙数i＝0；能量到达初始状态E₀＝0以及D2D用户初始发送功率P₀＝0；其中，K为正整数；步骤二，令i＝i+1，D2D发送用户计算当前第i个时隙可用的最大能量值结合给定门限依据模式选择准则在复用和正交两种模式中选择当前第i个传输时隙所采用的资源共享模式；步骤三，在选定的模式下动态地为当前第i个时隙分配可用能量，并对用户进行功率控制；步骤四，用户利用步骤三所得功率控制结果进行第i个时隙的数据发送；步骤五，重复步骤二至四，直至i＞K，即K个时隙传输阶段结束；完成一个D2D用户对基于能量捕获的D2D模式选择，以及其所有时隙的能量分配；重复步骤一到五，依次为每个D2D用户对完成能量分配；所述步骤二中，第i个时隙可用的最大能量值的具体计算方法如下：其中，i＝1,2,3,…,K，E_i(i＝1,2,…,K)表示第i个时隙开始时到达的能量，为第i‑1个时隙D2D用户发送功率；所述步骤二中，第i(i＝1,2,…,K)个时隙发送用户的模式选择准则如下：当时，选择复用模式；否则选择正交模式；其中，σ²为噪声功率，表示第i个时隙D2D发送用户和相应接收用户间的包含路径损耗和小尺度衰落的信道系数；所述步骤二中，所述的给定门限通过下式给出，其中，为每时隙D2D用户对平均捕获能量，分别为D2D用户对间、蜂窝用户与D2D接收用户、D2D发送用户与基站以及蜂窝用户和基站间的信道系数模平方的统计分布平均值，为蜂窝链路最低传输速率；所述步骤三中，动态能量分配的具体方法如下：第一步，初始化用户信道系数模平方的均值用于存储每个时隙复用信道效用情况的向量用于存储每个时隙正交信道效用情况的向量平均复用信道效用和平均正交信道效用当i＝1时，执行第二步；当i≠1时，直接跳至第三步执行；第二步，计算第一个时隙的复用信道效用和正交信道效用并保存，若第一个时隙D2D用户对与蜂窝用户选择复用模式，则分配给第一个时隙的可用能量为若第一个时隙用户选择正交模式，分配给第一个时隙的可用能量为第三步，计算第i(i＝2,3,…K)个时隙复用信道效用和正交信道效用并保存，若第i个时隙D2D用户对与蜂窝用户选择复用模式，则分配给第i个时隙的可用能量为其中表示前i‑1个时隙复用信道效用的平均值；若第i个时隙用户选择正交模式，则分配给第i个时隙的可用能量为其中表示前i‑1个时隙正交信道效用的平均值；所述步骤三中，用户功率控制的具体方法如下：所述用户功率控制问题描述为：P1：0≤α_i≤1             (11)其中，和表示蜂窝用户和D2D用户对在第i个时隙的传输速率，和为蜂窝用户和D2D发送用户在第i个时隙的发送功率，为蜂窝链路最低传输速率，为蜂窝用户最大发送功率，α_i为第i个时隙选择正交模式时的资源分配比例；式(8)表示蜂窝链路在传输速率需满足最低传输速率要求，式(9)和(10)分别表示蜂窝用户和D2D用户对的发送功率限制条件；当D2D用户对与蜂窝用户选择正交模式时，用户发送功率及资源分配比例为，当D2D用户对与蜂窝用户选择复用模式时，用户发送功率按照如下情况给出；i.当时，定义此时可行域范围的两个非零边界点处的用户传输速率和分别为，则用户发送功率为ii.当时，定义此时可行域范围的三个非零边界点处的用户传输速率和分别为和则用户发送功率为