CN106961322B - 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 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

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
技术领域
本发明公开了一种基于信息和能量同时无线传输(simultaneous wirelessinformation and power transfer，SWIPT)的OFDM中继网络资源分配方法，属于无线通信的技术领域。
背景技术
SWIPT指使用同样的无线电波来传输信息和能量到接收端，而接收端则可以利用它们来分别解码信息和采集能量，从而延长能量受限设备的生命周期，降低充电成本，提高无线网络的性能。现在主流的SWIPT策略包括两种：功率分割(power splitting,PS)SWIPT策略和时间切换(time switching,TS)SWIPT策略。功率分割SWIPT策略是指将发送者发送的功率按一定的比例系数分割为两部分，接收者将两部分功率分别用于解码信息和采集能量。时间切换SWIPT策略是指将发送者工作的时间按一定的比例系数分割为两部分，接收者在两部分时间内分别将源节点发送来的功率用于采集能量和解码信息。
正交频分复用(OFDM)技术通过将频谱分割成一个个很窄的正交子载波，不同的子载波可以分别传输信息和能量到接收端，因此OFDM技术可以很好的与SWIPT技术相结合。OFDM技术是多载波传输方案的实现方式之一，它的调制和解调是分别基于IFFT和FFT来实现的，是实现复杂度最低、应用最广的一种多载波传输方案。OFDM的主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰(ISI)。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上可以看成平坦性衰落，从而可以消除码间串扰，而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。
在《IEEE Transactions on Wireless Communications》2016年第15卷第5期，页码3481-3491中，公开了Zhou Xun等人提出的一种《Wireless Power Meets EnergyHarvesting:A Joint Energy Allocation Approach in OFDM-Based System》，该方法假设系统包含三个节点：能量接入点、源节点和目的节点。各时隙能量接入点通过一部分子载波向源节点传输能量，而源节点通过另外一部分子载波向目的节点传输信息，作者通过探索式方案获得子载波分配策略，并利用变量代换和拉格朗日乘子法获得了各子载波上的功率分配。但是在他们提出的方法中，如下两个方面仍有进一步优化的空间：
1)该方法没有考虑各子载波的功率输出能力：在某一时隙，可能给源节点某一子载波上分配一个极大的功率，这在现实中是不合理的。
2)不包含中继节点：各时隙能量接入点仅仅选定一些子载波向源节点传输能量，而不可以传输信息。中继技术通过在发送端和接收端引入中继节点，加强了无线通信系统的覆盖能力、QOS保障能力，有效降低系统建设成本。
发明内容
技术问题：本发明针对现有技术的不足，通过考虑各子载波上峰值功率限制和引入中继技术，提出了一种低复杂度的功率和子载波联合优化分配方法。它考虑了各子载波上的峰值功率限制，使该方法更加贴近实际，同时，通过引入中继技术，加强了无线通信系统的覆盖能力、QOS保障能力。
技术方案：本发明提供一种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＝arg sort(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
Figure BDA0001235127950000021
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
Figure BDA0001235127950000022
n∈NE；
3)由公式
Figure BDA0001235127950000031
n∈NI计算源节点用于传输信息的子载波的最优功率分配
Figure BDA0001235127950000032
n∈NI，其中，(x)+＝max(0,x)，λ满足
Figure BDA0001235127950000033
或者对于所有的n∈NI，满足pn＝Pmax，
Figure BDA0001235127950000034
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
Figure BDA0001235127950000035
n∈N计算中继节点用于传输信息的子载波的最优功率分配
Figure BDA0001235127950000036
n∈N，其中，qn表示R→D第n个子载波上的传输功率，γ满足
Figure BDA0001235127950000037
或者对于所有的n∈N，满足qn＝Pmax，
Figure BDA0001235127950000038
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
Figure BDA0001235127950000039
小于中继节点的最大吞吐量
Figure BDA00012351279500000310
那么重复Q1＝Q1-s和步骤2)，步骤3)，直到Q1＝0或者
Figure BDA00012351279500000311
或者对所有的n∈NI，
Figure BDA00012351279500000312
成立；
5)若源节点的最大吞吐量
Figure BDA00012351279500000313
大于等于中继节点的最大吞吐量
Figure BDA00012351279500000314
那么重复Q1＝Q1+s和步骤2)，步骤3，直到
Figure BDA00012351279500000315
或者对所有的n∈N，
Figure BDA00012351279500000316
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
Figure BDA00012351279500000317
7)按照本发明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，其中本发明给出的子载波分配方案如下：
(1)能量优先方案：首先，源节点所有的子载波都用于信息传输，中继节点使用电池内初始能量E0用于信息传输，按照上述步骤计1)到6)算得到系统最大吞吐量
Figure BDA0001235127950000041
这种情况是由于当E0很大时，选择最优子载波用于能量传输显然会降低系统性能；然后对集合N中的子载波信道增益降序排列，得到排序后其在原来位置的下标向量β，即：β＝arg sort(gn),n∈N；分别选定增益最大的前m(1≤m＜|N|)个子载波用于源节点能量传输，即m的取值可以为1到|N|-1的所有整数值，此时用于能量传输的子载波集合表示为
Figure BDA0001235127950000042
其余的子载波用于源节点信息传输，并计算得到的系统最大吞吐量
Figure BDA0001235127950000043
那么这种方案获得的最终系统最大吞吐量为：
Figure BDA0001235127950000044
0≤m＜|N|，此方案计算复杂度为
Figure BDA0001235127950000045
(2)信息优先方案：按照能量优先方案的方法得到
Figure BDA0001235127950000046
和β，分别选定增益最大的前m(1≤m＜|N|)个子载波用于源节点信息传输，即
Figure BDA0001235127950000047
其余的子载波用于源节点能量传输，计算得到的系统最大吞吐量
Figure BDA0001235127950000048
那么这种方案获得的系统最大吞吐量为：
Figure BDA0001235127950000049
0≤m＜|N|，此方案计算复杂度为
Figure BDA00012351279500000410
(3)均衡分配方案：同样按照能量优先方案的方法得到
Figure BDA00012351279500000411
和β，选择β中位于奇数位置的子载波，这些子载波有50％的概率用于信息传输，50％的概率用于能量传输，选择位于偶数位置的子载波用于另外一种传输，计算得到系统最大吞吐量
Figure BDA00012351279500000412
那么这种方案获得的系统最大吞吐量为：
Figure BDA00012351279500000413
此方案计算复杂度为
Figure BDA00012351279500000414
有益效果
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1.该方法考虑了各子载波的功率输出能力，通过设定峰值功率限制，使该方法更加贴近实际。
2.通过引入中继技术，加强了无线通信系统的覆盖能力、QOS保障能力。同时，由于中继的引入，导致问题的优化复杂度大大提高。本发明通过设置源节点向中继节点传输能量的总功率，将原问题解耦为分离的两个吞吐量最大化子问题，并分别通过注水法进行求解，大大降低了计算复杂度。
3.由于子载波分配优化问题为整数规划，采用穷举方案的计算复杂度为
Figure BDA0001235127950000055
因此本发明提出几种简化的子载波分配方案，包括能量优先方案，信息优先方案和均衡分配方案。其中，能量优先方案可以根据信道的状况，灵活地调整用于传输能量的子载波数目，并且在较低的计算复杂度下实现了近似于最优的系统吞吐量性能。
附图说明
图1为本发明方法的基于SWIPT的OFDM中继网络结构示意图。
图2为本发明方法的方法过程示意图。
图3为本发明方法的整体流程逻辑框图。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图来对本发明作进一步的说明：
一、双向认知无线中继网络模型
本发明考虑一种基于SWIPT的OFDM中继网络，如图1所示，包含一个源节点S，一个中继节点R和一个目的节点D，中继节点为能量采集节点，电池内初始能量为E0。系统包含两个等长的时隙，每个时隙的持续时间被单位化为1，本发明得出的结论可以扩展到任意时隙长度。同时，系统总带宽为W，被划分为N个等宽的正交子载波，子载波用下标n∈N＝{1,...,N}表示。中继工作在半双工模式，第一时隙，S通过一些子载波向R无线能量传输(wirelessenergy transmission,WET)，同时，S通过另外一些未被占用的子载波向R无线信息传输(wireless information transmission,WIT)；第二时隙，R通过所有子载波向D转发上一时隙S发送来的信息。假设在系统工作过程中各信道为瑞利衰落信道，S→R第n个子载波的信道衰落系数为gn，而R→D第n个子载波的信道衰落系数为hn，同时全部信道的信道状态信息可以准确预测。
由于当E0足够大时，源节点并不需要传输能量到中继节点，定义子载波0表示无子载波用于传输能量，且g0＝0，子载波集合被表示为
Figure BDA0001235127950000051
第一时隙，子载波集合
Figure BDA0001235127950000052
被分成NE和NI两个互补集合，满足
Figure BDA0001235127950000053
分别用于向中继传输能量与信息，第n个子载波的发送功率为pn，
Figure BDA0001235127950000054
而在第二时隙，中继节点向目的节点传输信息可以占用所有的子载波，第n个子载波发送功率为qn，n∈N。
假设源节点S峰值功率限制为Q，那么pn需要满足：
Figure BDA0001235127950000061
中继节点使用的能量不能超过初始能量加上采集的总能量之和，即：
Figure BDA0001235127950000062
其中，η表示能量传输效率，且满足0≤η≤1。
源节点的数据发送速率C必定小于等于源节点-中继节点和中继节点-目的节点的容量，这样才能保证目的节点完整接收源节点发送的数据，故：
Figure BDA0001235127950000063
其中，
Figure BDA0001235127950000064
和
Figure BDA0001235127950000065
分别表示中继节点R和目的节点D的接收噪声功率。
本发明以最大化系统吞吐量为目标，则优化问题可以建模为：
Figure BDA0001235127950000066
其中，Pmax表示各子载波上的峰值功率限制，源节点以最大可实现数据发送速率
Figure BDA0001235127950000067
发送数据。
二、子载波分配给定下的最优功率分配方法
首先，给出问题(4)的最优功率分配需要满足的2个准则。准则1给出了源节点和中继节点吞吐量满足的不等关系，准则2给出了用于传输能量的子载波的功率分配规律。
准则1：对最优功率策略
Figure BDA0001235127950000068
和
Figure BDA0001235127950000069
可以实现问题(4)的最大吞吐量，必然满足公式：
Figure BDA0001235127950000071
准则2：在最优功率分配策略中，若子载波分配策略NE和NI给定，对于子载波n∈NE，只要
Figure BDA0001235127950000072
则：
Figure BDA0001235127950000073
其中，|NE|表示集合NE包含的子载波数目，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＝arg sort(gn),n∈NE，其中α的第n个元素表示为α(n)。
准则2的含义是：在子载波分配策略NE和NI给定情况下，S→R的能量传输优先发生在信道条件最好的一个子载波上，若这个子载波达到峰值功率限制，则选择信道条件次好的子载波，以此类推，直到中继节点采集到足够的能量，在小节A给出具体的n∈NE的功率分配策略。
假设源节点向中继节点传输能量的总功率为Q1，传输信息的总功率为Q2＝Q-Q1，那么必定满足
Figure BDA0001235127950000074
下面在Q1和子载波分配策略NE，NI给定情况下进行联合最优功率分配。
A、联合最优功率分配
若Q1和子载波分配策略NE，NI给定，由准则2知，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，故首先将Q1分到子载波α(1)上，直到pα(1)＝Pmax或者pα(1)＝Q1；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
Figure BDA0001235127950000075
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，在小节B给出Q1的具体求解策略。
此时，中继节点电池内的能量为
Figure BDA0001235127950000081
源节点用于传输信息的总功率Q2＝Q-Q1都可以被求得，因此问题(4)中对pn,n∈NI和qn,n∈N的限制条件相分离，问题(4)可以被解耦为以下两个子问题：
Figure BDA0001235127950000082
Figure BDA0001235127950000083
问题(7)的拉格朗日函数为：
Figure BDA0001235127950000084
其中，拉格朗日乘子λ，{μn}分别对应于(7)中的2个限制条件。
将拉格朗日函数
Figure BDA0001235127950000088
对pn求偏导，并由KKT最优条件获得：
Figure BDA0001235127950000085
限制pn≤Pmax,n∈NI的互补松弛条件为：
μn(pn-Pmax)＝0 (11)
由公式(11)，只要pn＜Pmax，那么μn＝0。若μn＞0，那么必有pn＝Pmax，即μn导致pn减小到pn＝Pmax。那么问题(7)的最优解为：
Figure BDA0001235127950000086
其中，(x)+＝max(0,x)，λ满足
Figure BDA0001235127950000087
或者对于所有的n∈NI，满足pn＝Pmax。
同理问题(8)的最优解为：
Figure BDA0001235127950000091
其中，γ满足
Figure BDA0001235127950000092
或者对于所有的n∈N，满足qn＝Pmax。
B Q1的最优分配
本节考虑中继节点电池内初始能量E0＝0和E0＞0两种情况，首先给出源节点和中继节点的最大吞吐量随Q1变化的准则。
准则3：随着Q1的连续增大，只要存在n∈NI，满足
Figure BDA0001235127950000093
源节点最大吞吐量
Figure BDA0001235127950000094
连续单调递减，只要同时存在n∈N，满足
Figure BDA0001235127950000095
和n∈NE，满足
Figure BDA0001235127950000096
中继节点最大吞吐量
Figure BDA0001235127950000097
连续单调递增；随着Q1的连续减小，只要存在n∈NI，满足
Figure BDA0001235127950000098
源节点最大吞吐量
Figure BDA0001235127950000099
连续单调递增，只要同时存在n∈N，满足
Figure BDA00012351279500000910
和n∈NE，满足
Figure BDA00012351279500000911
中继节点最大吞吐量
Figure BDA00012351279500000912
连续单调递减。
当中继节点电池内初始能量E0＝0时，源节点和中继节点最大吞吐量随Q1的变化曲线如图2所示，其中，源节点最大吞吐量曲线的常数阶段是由于对所有n∈NI，满足
Figure BDA00012351279500000913
中继节点最大吞吐量曲线的常数阶段是由于对所有的n∈N，满足
Figure BDA00012351279500000914
或者n∈NE，满足
Figure BDA00012351279500000915
当Pmax设置不同值时，源节点和中继节点最大吞吐量曲线会出现以下三种情况，而系统最大吞吐量曲线表示为源节点和中继节点相应曲线在同一Q1下的较小者，在图2(a)中标出，在(b)和(c)中省略。从图中可以看出，随着Q1由零增大到Q，系统最大吞吐量必然先增大，然后达到最大值，再减小到零，因此可以利用黄金分割法等一维搜索方法来简化寻找Q1的过程。
当中继节点电池内初始能量E0＞0时，可能会出现一种情况，由于E0很大，导致Q1＝0时源节点最大吞吐量依然小于中继节点最大吞吐量，此时黄金分割法不再适用，可以采用下面的搜索方法。
在问题(7)和(8)中，若源节点和中继节点的最大吞吐量满足不等式
Figure BDA0001235127950000101
只要存在n∈NI，满足
Figure BDA0001235127950000102
那么通过减小Q1，Q2＝Q-Q1增大，由公式(12)，源节点最大吞吐量也会连续增大，此时系统吞吐量
Figure BDA0001235127950000103
也会连续增大，直到Q1减小到零或者对所有的n∈NI，满足
Figure BDA0001235127950000104
或者
Figure BDA0001235127950000105
得到满足，获得最优
Figure BDA0001235127950000106
同理，若
Figure BDA0001235127950000107
只要存在n∈N，满足
Figure BDA0001235127950000108
和n∈NE，满足
Figure BDA0001235127950000109
那么通过增大Q1，由公式(13)，中继节点最大吞吐量也会连续增大，因此系统的吞吐量会连续增大，直到对所有的n∈N，满足
Figure BDA00012351279500001010
或者对所有的n∈NE，满足
Figure BDA00012351279500001011
或者
Figure BDA00012351279500001012
得到满足，此时获得最优
Figure BDA00012351279500001013
由准则3，源节点最大吞吐量是Q1的非增函数，中继节点最大吞吐量是Q1的非减函数，其中0≤Q1≤Q，那么在子载波分配策略给定情况下，问题(4)的最优值一定是唯一的，并且可以被上述方法搜索到。注意对应于最优值的Q1并不一定唯一，如图2(a)和(b)所示。
本方法的具体实施流程如图3所示。
三、子载波分配策略
本节考虑问题(4)的子载波分配策略，由于子载波分配优化问题为整数规划，采用穷举方案的计算复杂度为
Figure BDA0001235127950000111
因此本发明提出几种简化的子载波分配方案。
1)能量优先方案：首先，源节点所有的子载波都用于信息传输，中继节点使用电池内初始能量E0用于信息传输，利用本发明提出的方法计算得到系统最大吞吐量
Figure BDA0001235127950000112
这种情况是由于当E0很大时，选择最优子载波用于能量传输显然会降低系统性能；然后对集合N中的子载波信道增益降序排列，得到排序后其在原来位置的下标向量β，即：β＝arg sort(gn),n∈N；分别选定增益最大的前m(1≤m＜|N|)个子载波用于源节点能量传输，即m的取值可以为1到|N|-1的所有整数值，此时用于能量传输的子载波集合表示为
Figure BDA0001235127950000113
其余的子载波用于源节点信息传输，并计算得到的系统最大吞吐量
Figure BDA0001235127950000114
那么这种方案获得的最终系统最大吞吐量为：
Figure BDA0001235127950000115
0≤m＜|N|，此方案计算复杂度为
Figure BDA0001235127950000116
2)信息优先方案：按照能量优先方案的方法得到
Figure BDA0001235127950000117
和β，分别选定增益最大的前m(1≤m＜|N|)个子载波用于源节点信息传输，即
Figure BDA0001235127950000118
其余的子载波用于源节点能量传输，计算得到的系统最大吞吐量
Figure BDA0001235127950000119
那么这种方案获得的系统最大吞吐量为：
Figure BDA00012351279500001110
0≤m＜|N|，此方案计算复杂度为
Figure BDA00012351279500001111
3)均衡分配方案：同样按照能量优先方案的方法得到
Figure BDA00012351279500001112
和β，选择β中位于奇数位置的子载波，这些子载波有50％的概率用于信息传输，50％的概率用于能量传输，选择位于偶数位置的子载波用于另外一种传输，计算得到系统最大吞吐量
Figure BDA00012351279500001113
那么这种方案获得的系统最大吞吐量为：
Figure BDA00012351279500001114
此方案计算复杂度为
Figure BDA00012351279500001115
本发明采用穷举方案获得问题(4)的最优子载波分配策略，即问题(4)的吞吐量上界，其中穷举方案：源节点所有的子载波都有用于能量传输和信息传输两种选择，遍历所有选择情况，计算复杂度为
Figure BDA00012351279500001116

Claims (2)

1.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
Figure FDA0002222318780000011
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
Figure FDA0002222318780000012
3)由公式
Figure FDA0002222318780000013
计算源节点用于传输信息的子载波的最优功率分配
Figure FDA00022223187800000112
其中，(x)+＝max(0,x)，λ满足
Figure FDA0002222318780000015
或者对于所有的n∈NI，满足pn＝Pmax，
Figure FDA0002222318780000016
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
Figure FDA0002222318780000017
计算中继节点用于传输信息的子载波的最优功率分配
Figure FDA0002222318780000018
其中，qn表示R→D第n个子载波上的传输功率，γ满足
Figure FDA0002222318780000019
或者对于所有的n∈N，满足qn＝Pmax，
Figure FDA00022223187800000110
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
Figure FDA00022223187800000111
小于中继节点的最大吞吐量
Figure FDA0002222318780000021
那么重复Q1＝Q1-s和步骤2)，步骤3)，直到Q1＝0或者
Figure FDA0002222318780000022
或者对所有的n∈NI，
Figure FDA0002222318780000023
成立；
5)若源节点的最大吞吐量
Figure FDA0002222318780000024
大于等于中继节点的最大吞吐量
Figure FDA0002222318780000025
那么重复Q1＝Q1+s和步骤2)，步骤3)，直到
Figure FDA0002222318780000026
或者对所有的n∈N，
Figure FDA0002222318780000027
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
Figure FDA0002222318780000028
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。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述子载波分配方案如下：
(7-1)能量优先方案：首先，源节点所有的子载波都用于信息传输，中继节点使用电池内初始能量E0用于信息传输，按照步骤1)到6)计算得到系统最大吞吐量
Figure FDA0002222318780000029
然后对集合N中的子载波信道增益降序排列，得到排序后其在原来位置的下标向量β，即：β＝argsort(gn),n∈N；分别选定增益最大的前m(1≤m＜|N|)个子载波用于源节点能量传输，即m的取值可以为1到|N|-1的所有整数值，此时用于能量传输的子载波集合表示为
Figure FDA00022223187800000210
其余的子载波用于源节点信息传输，并计算得到的系统最大吞吐量
Figure FDA00022223187800000211
这种方案获得的最终系统最大吞吐量为：
Figure FDA00022223187800000212
此方案计算复杂度为O(N)；
(7-2)信息优先方案：按照能量优先方案的方法得到
Figure FDA00022223187800000213
和β，分别选定增益最大的前m(1≤m＜|N|)个子载波用于源节点信息传输，即
Figure FDA00022223187800000214
其余的子载波用于源节点能量传输，计算得到的系统最大吞吐量
Figure FDA00022223187800000215
这种方案获得的系统最大吞吐量为：
Figure FDA00022223187800000216
此方案计算复杂度为O(N)；
(7-3)均衡分配方案：同样按照能量优先方案的方法得到
Figure FDA0002222318780000031
和β，选择β中位于奇数位置的子载波，这些子载波有50％的概率用于信息传输，50％的概率用于能量传输，选择位于偶数位置的子载波用于另外一种传输，计算得到系统最大吞吐量
Figure FDA0002222318780000032
这种方案获得的系统最大吞吐量为：
Figure FDA0002222318780000033
此方案计算复杂度为O(2)。
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