采用混合多址方式的无线供电通信网络中的资源分配问题

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无线供电通信网络中的用户使用射频无线能量收集技术进行能量收集,彻底解决了传统无线网络长期运行的能量供应受限问题。当前针对无线供电通信网络的研究,主要集中于采用时分多址(Time Division Multiple Address,TDMA)和采用非正交多址(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)两个方向,然而由于无线供电通信网络中的用户需要进行能量收集,仅采用TDMA进行信息传输会导致比传统无线网络更加严重的用户间不公平性,而仅采用NOMA进行信息传输则会给接收端带来难以忍受的高解码复杂度。因此,有必要将两种多址方式进行结合,充分利用NOMA技术带来的系统公平性和吞吐量的提高,以及TDMA的简单无干扰传输特性,进一步提升无线供电通信网络的性能。本文主要研究采用混合多址方式的无线供电通信网络中的资源分配问题。系统采用先收集能量再传输信息的协议,在每帧的能量收集阶段,基站向所有用户广播射频信号,用户进行能量收集;在信息传输阶段,所有用户将被分为多个用户组,同一个组内的用户信息经过叠加编码后同时发送,不同的用户组在不同的时间段发送信息。以最大化系统吞吐量为优化目标,以用户配对算法、能量收集/各用户组信息传输时间为优化变量,列出了本文的最优化问题,由于该最优化问题是一个混合整数非线性规划问题,因此文中提出了一个启发式的分步求解法来求解。首先,基于用户需要进行能量收集的特点,提出了一个能量收集用户配对算法,该算法根据用户收集到的能量将用户分为强用户和弱用户,并针对强弱用户相对数目不同的三种情况分别给出了相应的用户配对策略。接着对能量收集/各用户组信息传输时间的最优值进行了求解,由于用户配对完成后,系统吞吐量是关于能量收集/各用户组信息传输时间的凹函数,因此利用对偶函数求解法得出了最优的时间分配的具体表达式。仿真结果表明本文提出的针对采用混合多址方式的无线供电通信网络的资源分配算法在系统吞吐量、用户间公平性和能效方面都实现了较高的性能提升;能量收集用户配对算法在用户均匀分布在小区中、用户集中分布在小区边缘和用户集中分布在小区中心这三种场景下均取得了很高的系统吞吐量。
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