1.一种主用户最小速率需求下的认知无线供能网络资源分配方法,其特征在于,所述认知无线供能网络包括一个主用户基站,一个认知基站,N个主用户和N个具有能量采集技术的次用户,N为正整数,每个主用户和每个次用户共享一个授权信道;整个数据传输过程分为两个阶段,其中第一阶段的时长为τ0,第二阶段的时长为τ1,且τ0+τ1=1;在第一阶段,主用户基站和认知基站同时向主用户发送数据,次用户通过射频能量采集技术在各自占用的信道上收集两基站发出的射频信号能量;在第二阶段,主用户基站继续向主用户发送数据,次用户利用第一阶段收集的射频信号能量在各自占用的信道上向认知基站发送数据;
无线供能网络资源分配问题如下:
C1:
C2:
C3:
C4:
C5:
其中,主用户基站的最大发射功率为 认知基站的最大发射功率为 主用户基站和主用户、主用户基站和次用户、认知基站和主用户、认知基站和次用户之间的信道增益分别为hpp、hps、hsp、hss,信道噪声为σ2;在第n对用户中,主用户n的最小速率要求为Rpn。 阶段,主用户基站在用户授权信道的发射功率为 认知基站在用户授权信道的发射功率为主用户数据接收速率为 射频能量采集技术的能效转化率为ξ; 阶段,主用户基站在用户所授权信道的发射功率为 主用户数据接收速率为 次用户在授权信道的上行发射功率和上行发送速率分别为 和约束C1表示每个主用户两阶段数据接收速率之和需满足自身最小速率要求,约束C2表示主用户基站在每个授权信道两阶段发射功率之和不大于主用户基站最大发射功率,约束C3表示每个次用户第一阶段通过射频能量采集技术收集的能量不小于第二阶段发送数据消耗的能量,约束C4表示认知基站在每个授权信道的发送功率不大于其最大发射功率,约束C5表示两阶段时长和为1。
2.根据权利要求1所述的一种主用户最小速率需求下的认知无线供能网络资源分配方法,其特征在于,所述无线供能网络资源分配问题可分解为N个相同的子问题;对于第n对用户(1≤n≤N),求解问题如下:C1:
C2:
C3:
C4:
C5:
3.根据权利要求2所述的一种主用户最小速率需求下的认知无线供能网络资源分配方法,其特征在于,所述无线供能网络资源分配问题的求解步骤包括:步骤1:设置第一阶段的认知基站发送功率为其最大值步骤2:设置n=1,并初始化 和
步骤3:在 和 固定的情况下,优化 目标是最大化步骤4:在 和 固定的情况下,优化 和 目标是最大化步骤5:在 和 固定的情况下,优化 和 目标是最大化步骤6:判断次用户上行发送速率 是否收敛,若收敛则输出优化后的和 并更新n=n+1返回步骤2,直到N对用户的资源分配全部求解,输出若不收敛,则重复步骤3-步骤6。
4.根据权利要求3所述的一种主用户最小速率需求下的认知无线供能网络资源分配方法,其特征在于,步骤3的问题如下:可由 表示,问题如下:
C1:
C2:
该问题分为两种情况:1)当主用户第一阶段的数据接收速率已满足主用户最小速率要求时,第二阶段次用户的上行发射功率为次用户在满足能量消耗约束下的最大发射功率;
2)当主用户第一阶段的数据接收速率不满足主用户最小速率要求时,第二阶段次用户的上行发射功率为次用户在满足能量消耗约束下的最大发射功率和满足主用户最小速率要求时的次用户最大发射功率两者之间的较小者;
最优Ps1值可由以下表示:
其中
5.根据权利要求3所述的一种主用户最小速率需求下的认知无线供能网络资源分配方法,其特征在于,步骤4的问题如下:C1:
C2:
C3:
最优解为在满足约束C1、C2、C3下,求解最小 分析可知最优情况满足由C3得 所以在C3约束下, 的取值范围为令 最优 可通过以下算法求解,
初始化 为0,将 代入到约束C1中,若满足C1约束条件,则求得最优 若不满足则更新 直到满足C1为止。
6.根据权利要求3所述的一种主用户最小速率需求下的认知无线供能网络资源分配方法,其特征在于,步骤5的问题如下:C1:
C2:
C3:
该问题分为两种情况:1)当主用户第一阶段的数据接收速率大于第二阶段数据接收速率时, 存在一个最小值 次用户在满足能量消耗约束下, 也存在一个最小值最优 值为两个最小值之间的较大者;2)当主用户第一阶段的数据接收速率小于第二阶段数据接收速率时, 存在一个最大值 次用户在满足能量消耗约束下, 存在一个最小值 最优 值为次用户在满足能量消耗约束下的最小 值;
最优 值 可由以下表示:
其中,