CN110519837B - 下行合作非正交多址接入系统资源分配方法 - Google Patents

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CN110519837B CN201910154656.1A CN201910154656A CN110519837B CN 110519837 B CN110519837 B CN 110519837B CN 201910154656 A CN201910154656 A CN 201910154656A CN 110519837 B CN110519837 B CN 110519837B
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Abstract

本发明揭示了一种基于时分模式无线能量采集的下行合作非正交多址接入系统资源分配方法，包括如下步骤：S1、建立资源分配场景，明确优化问题及约束条件；S2、对所述优化问题进行可行性检查；S3、判断优化问题是否存在可行性解，若存在可行性解则执行下一步骤，若不存在则算法结束；S4、以资源分配场景中最大化近用户传输数据量为目标，对优化问题进行优化。本发明的方法通过时分模式无线能量采集技术为移动设备供能，弥补了充当中继的用户在转发信号过程中的能量损失，在保证服务质量的前提下提高了能量利用率、延长了设备的使用寿命。

Description

下行合作非正交多址接入系统资源分配方法
技术领域
本发明涉及一种资源分配方法，具体而言，涉及一种基于时分模式无线能量采集的下行合作非正交多址接入系统资源分配方法，属于无线通信技术领域。
背景技术
随着无线通信技术的发展以及用户业务量需求的增加，频谱资源变得越来越紧缺，在这样的技术背景下，如何提高频谱利用率也就成为了下一代移动通信技术中亟需解决的问题。
与传统的多址技术不同，非正交多址接入技术选择在功率域上进行复用，发射机利用叠加编码技术发射不同用户的叠加信号，接收机利用串行干扰消除技术解码出对应用户的信号，从而实现了在同一时频资源块内服务多个用户，提高了频谱利用率。合作非正交多址接入的关键思想是依靠系统中信道条件较好的近用户作为中继，来帮助信道条件差的远用户进行信息传输，从而实现更好的公平性，增强远用户通信的可靠性。
鉴于近年来移动通信设备数量的急剧增长，如何满足它们大量的能量需求，以及如何摆脱因供电不便而导致的能量限制，都成为了具有挑战性的问题。由于大多数设备都被无处不在的射频信号所包围，射频无线供电传输提供了一种更灵活的方法来驱动这些能量受限的设备，通过采集环境中的射频信号的能量，供传输信息时使用，甚至是干扰信号也可以看作是潜在的能量源，因此，这一技术极大地提高了能量的利用率，并且延长了移动设备的使用寿命。
综上所述，如何在现有技术的基础上，提出一种新的资源分配方法，从而实现对合作非正交多址接入系统的完善和优化，也就成为了目前业内研究人员亟待解决的问题。
发明内容
鉴于现有技术存在上述缺陷，本发明的目的是提出一种基于时分模式无线能量采集的下行合作非正交多址接入系统资源分配方法，包括如下步骤：
S1、建立资源分配场景，明确优化问题及约束条件；
S2、对所述优化问题进行可行性检查；
S3、判断优化问题是否存在可行性解，若存在可行性解则执行下一步骤，若不存在则算法结束；
S4、以资源分配场景中最大化近用户传输数据量为目标，对优化问题进行优化。
优选地，S1包括如下步骤：
S11、建立资源分配场景，设在下行传输系统中，存在一个基站、一个信道条件较好的近用户和一个因信道条件太差而与基站之间无直接通信链路的远用户，为了与远用户建立通信连接，基站将近用户作为中继转发信息给远用户，且利用基于时分模式的无线能量采集技术对近用户进行无线供能，以补偿近用户因转发信息而消耗掉的能量；
S12、总频谱带宽被平分为N个子载波，这些子载波的集合为N，在第i个子载波上，基站与近用户、近用户与远用户之间的信道增益系数分别用
Figure GDA0003286294820000038
和
Figure GDA0003286294820000039
表示；
S13、将传输时长归一化为1，传输过程分为三个阶段，τ0、τ1和τ2分别表示第一、第二和第三阶段的时长，且τ0+τ1+τ2＝1；
在第一阶段中，基站不与用户进行通信，只传输能量给近用户，近用户收集来自基站的能量，能量收集效率为ζ，基站在第i个子载波上的发射功率为
Figure GDA0003286294820000031
在第二阶段中，基站采用叠加编码技术发送近用户和远用户的叠加信号给近用户，近用户利用串行干扰消除技术解码出不同用户的信号，
其中，在第i个子载波上，基站的发射功率为
Figure GDA0003286294820000032
分配给近用户的功率比例为αi，近用户的传输数据量为
Figure GDA0003286294820000033
近用户解码出远用户的数据量为
Figure GDA0003286294820000034
在第三阶段中，近用户利用第一阶段收集到的能量转发远用户的信息，其中在第i个子载波上，近用户的发射功率为
Figure GDA0003286294820000035
远用户解码出自身信号的数据量为
Figure GDA0003286294820000036
S14、明确需要解决的优化问题P1，
P1:
Figure GDA0003286294820000037
在优化问题P1中，目标函数为近用户的传输数据量；
S15、明确优化问题的约束条件C1～C8，
C1：
Figure GDA0003286294820000041
C2：
Figure GDA0003286294820000042
C3：
Figure GDA0003286294820000043
C4：
Figure GDA0003286294820000044
C5：
Figure GDA0003286294820000045
C6：0≤αi≤1，
C7：τ0+τ1+τ2＝1，
C8：0≤τ0≤1,0≤τ1≤1,0≤τ2≤1；
其中，C1和C2为基站的传输功率约束，表示在第一阶段和第二阶段中，基站的传输功率不超过最大总传输功率P；
C3和C4为远用户的传输数据量约束，表示近用户在第二阶段解码出远用户的数据量和远用户在第三阶段解码出自身信号的数据量均不低于目标数据量D；
C5为近用户的能量因果约束，表示近用户在第三阶段用于转发的能量不能超过其在第一阶段收集到的能量；
C6和C8表示αi、τ0、τ1、τ2的取值范围为[0,1]；
C7表示三个阶段的时长和为1。
优选地，S2包括如下步骤：
S20、在求解优化问题P1之前先检查该问题是否可行，即判断近用户在第二阶段解码出远用户的数据量和远用户在第三阶段解码出自身信号的数据量是否都能达到目标数据量D，通过求解优化问题P2进行可行性检查，
P2：
Figure GDA0003286294820000046
约束条件包括C1、C2、C5、C6、C7、C8，还包括C9，
C9：
Figure GDA0003286294820000051
优选地，S2还包括如下步骤：
S21、令αi＝0，
Figure GDA0003286294820000052
i≠i*；
S22、初始化参数，设置
Figure GDA0003286294820000053
S23、给定τ0、τ1和τ2，对
Figure GDA0003286294820000054
和
Figure GDA0003286294820000055
进行优化；
S24、给定
Figure GDA0003286294820000056
和
Figure GDA0003286294820000057
对τ0、τ1和τ2进行优化；
S25、判断优化问题P2是否收敛，若收敛则进入下一步，若不收敛，则返回S23。
优选地，S23具体包括如下步骤：
S231、在基站传输功率约束下，以最大化近用户在第二阶段解码出远用户的数据量为目标，对
Figure GDA0003286294820000058
进行优化；
S232、在近用户能量因果约束下，以最大化远用户在第三阶段解码出自身信号的数据量为目标，对
Figure GDA0003286294820000059
进行优化。
优选地，S3包括如下步骤：判断S2中所得到的优化问题P2的结果是否大于目标数据量D，若大于则认为优化问题P1有可行性解，执行下一步骤，否则认为优化问题P1无可行性解，算法结束。
优选地，S4包括如下步骤：
S40、以最大化近用户收集的能量为目标，对
Figure GDA00032862948200000510
进行优化，
Figure GDA00032862948200000511
Figure GDA00032862948200000512
优选地，S4还包括如下步骤：
S41、将S2中求得的解作为其余优化变量的初始可行性解；
S42、给定τ0、τ1、τ2和{αi}，对
Figure GDA0003286294820000061
和
Figure GDA0003286294820000062
进行优化；
S43、给定{αi}、
Figure GDA0003286294820000063
和
Figure GDA0003286294820000064
对τ0、τ1、和τ2进行优化；
S44、给定τ0、τ1、τ2、
Figure GDA0003286294820000065
和
Figure GDA0003286294820000066
对{αi}进行优化，将约束条件C3转化为，
C3：
Figure GDA0003286294820000067
将优化问题P1转化为，
P1：
Figure GDA0003286294820000068
令
Figure GDA0003286294820000069
则将优化问题P1转化为，
P1：
Figure GDA00032862948200000610
约束条件为C10、C11，
C10：
Figure GDA00032862948200000611
C11：
Figure GDA00032862948200000612
当约束C10取等时，目标函数最大，令
Figure GDA00032862948200000613
S45、判断优化问题P1是否收敛，若收敛则算法结束，输入优化后的τ0、τ1、τ2、
Figure GDA00032862948200000614
和{αi}；若不收敛，则返回步骤S42。
优选地，S42包括如下步骤：
S421、在传输功率约束和传输数据量约束下，以最大化近用户传输数据量为目标，对
Figure GDA00032862948200000615
进行优化；
S422、在能量因果约束下，以最大化远用户在第三阶段解码出自身信号的数据量为目标，对
Figure GDA00032862948200000616
进行优化。
本发明的优点主要体现在以下几个方面：
本发明提出的基于时分模式无线能量采集的下行合作非正交多址接入系统资源分配方法通过时分模式无线能量采集技术为移动设备供能，弥补了充当中继的用户在转发信号过程中的能量损失，在保证服务质量的前提下提高了能量利用率、延长了设备的使用寿命。
同时，通过合作非正交多址接入通信的方式，使得基站可以使用信道条件较好的近用户作为中继，从而与远处无直接通信链路的远用户进行通信。且在这上述过程中只占用了相同的频谱，这样一来，无疑提高了频谱资源的利用率、保证了与远用户的可靠通信。
此外，本发明也为同领域内的其他相关问题提供了参考，可以以此为依据进行拓展延伸，运用于其他无线通信系统的资源分配方案中，具有十分广阔的应用前景。
以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
附图说明
图1为基于时分模式无线能量采集的下行合作非正交多址接入系统的模型示意图；
图2为基于时分模式无线能量采集的下行合作非正交多址接入系统的传输过程结构图；
图3为基于时分模式无线能量采集的下行合作非正交多址接入系统资源分配方法的部分流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进行进一步地说明。
如图1～图3所示，本发明揭示了一种基于时分模式无线能量采集的下行合作非正交多址接入系统资源分配方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、建立资源分配场景，明确优化问题及约束条件。
S2、对所述优化问题进行可行性检查。
S3、判断优化问题是否存在可行性解，若存在可行性解则执行下一步骤，若不存在则算法结束。
S4、以资源分配场景中最大化近用户传输数据量为目标，对优化问题进行二次优化。
S1包括如下步骤：
S11、建立资源分配场景，设在下行传输系统中，存在一个基站、一个信道条件较好的近用户(用户1)和一个因信道条件太差而与基站之间无直接通信链路的远用户(用户2)，为了与远用户建立通信连接，基站将近用户作为中继转发信息给远用户，且利用基于时分模式的无线能量采集技术对近用户进行无线供能，以补偿近用户因转发信息而消耗掉的能量。
S12、总频谱带宽被平分为N个子载波，这些子载波的集合为N，在第i个子载波上，基站与近用户、近用户与远用户之间的信道增益系数分别用
Figure GDA0003286294820000081
和
Figure GDA0003286294820000082
表示。
S13、将传输时长归一化为1，传输过程分为三个阶段，τ0、τ1和τ2分别表示第一、第二和第三阶段的时长，且τ0+τ1+τ2＝1。
在第一阶段中，基站不与用户进行通信，只传输能量给近用户，近用户收集来自基站的能量，能量收集效率为ζ，基站在第i个子载波上的发射功率为
Figure GDA0003286294820000096
在第二阶段中，基站采用叠加编码技术发送近用户和远用户的叠加信号给近用户，近用户利用串行干扰消除技术解码出不同用户的信号，
其中，在第i个子载波上，基站的发射功率为
Figure GDA0003286294820000091
分配给近用户的功率比例为αi，近用户的传输数据量为
Figure GDA0003286294820000092
近用户解码出远用户的数据量为
Figure GDA0003286294820000093
在第三阶段中，近用户利用第一阶段收集到的能量转发远用户的信息，其中在第i个子载波上，近用户的发射功率为
Figure GDA0003286294820000094
远用户解码出自身信号的数据量为
Figure GDA0003286294820000095
需要说明的是，在实际的方法应用过程中，对传输过程中的部分参数进行限定，这些限定也同样体现在下文中的约束条件中。
具体而言，在第一、二阶段中，基站的最大总发射功率均为P。远用户的传输数据量不低于目标数据量D。在整个传输过程中，近用户在第二阶段中解码出远用户的数据量以及远用户在第三阶段中解码出自身信号的数据量均不低于D。
本发明的目标是在基站的传输功率约束、远用户的传输数据量约束和近用户的能量因果约束下，通过优化分配时间、子载波、功率以及非正交多址接入的功率分配比例，最大化近用户的传输数据量。
S14、明确需要解决的优化问题P1，
P1:
Figure GDA0003286294820000101
在优化问题P1中，目标函数为近用户的传输数据量。
S15、明确优化问题的约束条件C1～C8，
C1：
Figure GDA0003286294820000102
C2：
Figure GDA0003286294820000103
C3：
Figure GDA0003286294820000104
C4：
Figure GDA0003286294820000105
C5：
Figure GDA0003286294820000106
C6：0≤αi≤1，
C7：τ0+τ1+τ2＝1，
C8：0≤τ0≤1,0≤τ1≤1,0≤τ2≤1。
其中，C1和C2为基站的传输功率约束，表示在第一阶段和第二阶段中，基站的传输功率不超过最大总传输功率P。
C3和C4为远用户的传输数据量约束，表示近用户在第二阶段解码出远用户的数据量和远用户在第三阶段解码出自身信号的数据量均不低于目标数据量D。
C5为近用户的能量因果约束，表示近用户在第三阶段用于转发的能量不能超过其在第一阶段收集到的能量。
C6和C8表示αi、τ0、τ1、τ2的取值范围为[0,1]。
C7表示三个阶段的时长和为1。
S2包括如下步骤：
S20、由于无法确定约束C3和C4能否得到满足，故在求解优化问题P1之前先检查该问题是否可行，即判断近用户在第二阶段解码出远用户的数据量和远用户在第三阶段解码出自身信号的数据量是否都能达到目标数据量D，通过求解优化问题P2进行可行性检查，
P2：
Figure GDA0003286294820000111
约束条件包括C1、C2、C5、C6、C7、C8，还包括C9，
C9：
Figure GDA0003286294820000112
S2还包括如下步骤：
S21、令αi＝0，
Figure GDA0003286294820000113
S22、初始化参数，设置
Figure GDA0003286294820000114
S23、给定τ0、τ1和τ2，对
Figure GDA0003286294820000115
和
Figure GDA0003286294820000116
进行优化。优化问题如下：
Figure GDA0003286294820000117
约束条件包括C2、C9。该问题为凸问题，可采用内点法求解。
具体包括:
S231、在基站传输功率约束下，以最大化近用户在第二阶段解码出远用户的数据量为目标，对
Figure GDA0003286294820000118
进行优化，优化如下：
Figure GDA0003286294820000119
约束条件为C2。
S232、在近用户能量因果约束下，以最大化远用户在第三阶段解码出自身信号的数据量为目标，对
Figure GDA00032862948200001110
进行优化，优化如下：
Figure GDA00032862948200001111
约束条件为C9。
S24、给定
Figure GDA00032862948200001112
和
Figure GDA00032862948200001113
对τ0、τ1和τ2进行优化，该问题属于线性规划问题，可采用内点法求解。具体优化问题如下：
Figure GDA00032862948200001114
约束条件为C7、C8、C9。
易证，当
Figure GDA0003286294820000121
且约束C9取等时，目标函数最大，故可分别求得τ0、τ1和τ2的解。
S25、判断优化问题P2是否收敛，若收敛则进入下一步，若不收敛，则返回S23。
S3包括如下步骤：判断S2中所得到的优化问题P2的结果是否大于目标数据量D，若大于则认为优化问题P1有可行性解，执行下一步骤，否则认为优化问题P1无可行性解，算法结束。
S4包括如下步骤：
S40、以最大化近用户收集的能量为目标，对
Figure GDA0003286294820000122
进行优化，优化问题如下：
Figure GDA0003286294820000123
约束条件为C1，
该问题为线性规划问题，最优解为将所有功率分配给信道增益最大的子载波，即子载波
Figure GDA0003286294820000124
故
Figure GDA0003286294820000125
i≠i*。则优化问题P1可转化为如下优化问题：
Figure GDA0003286294820000126
约束条件为C2,C3,C4,C6,C7,C8,C9。
S4还包括如下步骤：
S41、将S2中求得的解作为其余优化变量的初始可行性解。
S42、给定τ0、τ1、τ2和{αi}，对
Figure GDA0003286294820000127
和
Figure GDA0003286294820000128
进行优化。优化问题如下：
Figure GDA0003286294820000129
约束条件为C2,C3,C4,C9。
该问题为凸问题，可采用内点法求解。
具体包括如下步骤，
S421、先在传输功率约束和传输数据量约束下，以最大化近用户传输数据量为目标，对
Figure GDA0003286294820000131
进行优化，优化问题如下：
Figure GDA0003286294820000132
约束条件为C2、C3。
该问题为凸问题，可经典注水法求解。
S422、再在能量因果约束下，以最大化远用户在第三阶段解码出自身信号的数据量为目标，对
Figure GDA0003286294820000133
进行优化，优化问题如下：
Figure GDA0003286294820000134
约束条件为C9。
该问题为凸问题，可经典注水法求解。
S43、给定{αi}、
Figure GDA0003286294820000135
和
Figure GDA0003286294820000136
对τ0、τ1、和τ2进行优化。该问题属于线性规划问题，可采用内点法求解。优化问题如下：
Figure GDA0003286294820000137
约束条件为C3,C4,C7,C8,C9。
由约束可得τ1的取值范围，因为目标函数关于τ1线性单调递增，故当τ1取最大值即约束C4和C9取等时，目标函数最大，求得τ0、τ1和τ2的解。
S44、给定τ0、τ1、τ2、
Figure GDA0003286294820000138
和
Figure GDA0003286294820000139
对{αi}进行优化，优化问题如下：
Figure GDA00032862948200001310
约束条件为C3、C6。
将约束条件C3转化为，
C3：
Figure GDA0003286294820000141
将优化问题P1转化为，
P1：
Figure GDA0003286294820000142
令
Figure GDA0003286294820000143
则将优化问题P1转化为，
P1：
Figure GDA0003286294820000144
约束条件为C10、C11，
C10：
Figure GDA0003286294820000145
C11：
Figure GDA0003286294820000146
该问题为线性规划问题，当约束C10取等时，目标函数最大，故求得的解满足约束C10取等即约束C3取等的情况即可，然后令
Figure GDA0003286294820000147
Figure GDA0003286294820000148
S45、判断优化问题P1是否收敛，若收敛则算法结束，输入优化后的τ0、τ1、τ2、
Figure GDA0003286294820000149
和
Figure GDA00032862948200001410
若不收敛，则返回步骤S42。
本发明提出的基于时分模式无线能量采集的下行合作非正交多址接入系统资源分配方法通过时分模式无线能量采集技术为移动设备供能，弥补了充当中继的用户在转发信号过程中的能量损失，在保证服务质量的前提下提高了能量利用率、延长了设备的使用寿命。
同时，通过合作非正交多址接入通信的方式，使得基站可以使用信道条件较好的近用户作为中继，从而与远处无直接通信链路的远用户进行通信。且在这上述过程中只占用了相同的频谱，这样一来，无疑提高了频谱资源的利用率、保证了与远用户的可靠通信。
此外，本发明也为同领域内的其他相关问题提供了参考，可以以此为依据进行拓展延伸，运用于其他无线通信系统的资源分配方案中，具有十分广阔的应用前景。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种下行合作非正交多址接入系统资源分配方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、建立资源分配场景，明确优化问题及约束条件；
S2、对所述优化问题进行可行性检查；
S3、判断优化问题是否存在可行性解，若存在可行性解则执行下一步骤，若不存在则算法结束；
S4、以资源分配场景中最大化近用户传输数据量为目标，对优化问题进行优化；
S1包括如下步骤：
S11、建立资源分配场景，设在下行传输系统中，存在一个基站、一个信道条件好的近用户和一个因信道条件差而与基站之间无直接通信链路的远用户，为了与远用户建立通信连接，基站将近用户作为中继转发信息给远用户，且利用基于时分模式的无线能量采集技术对近用户进行无线供能，以补偿近用户因转发信息而消耗掉的能量；
S12、总频谱带宽被平分为N个子载波，这些子载波的集合为N，在第i个子载波上，基站与近用户、近用户与远用户之间的信道增益系数分别用
Figure FDA0003600924680000011
和
Figure FDA0003600924680000012
表示；
S13、将传输时长归一化为1，传输过程分为三个阶段，τ0、τ1和τ2分别表示第一、第二和第三阶段的时长，且τ0+τ1+τ2＝1；
在第一阶段中，基站不与用户进行通信，只传输能量给近用户，近用户收集来自基站的能量，能量收集效率为ζ，基站在第i个子载波上的发射功率为
Figure FDA0003600924680000021
在第二阶段中，基站采用叠加编码技术发送近用户和远用户的叠加信号给近用户，近用户利用串行干扰消除技术解码出不同用户的信号，
其中，在第i个子载波上，基站的发射功率为
Figure FDA0003600924680000022
分配给近用户的功率比例为αi，近用户的传输数据量为
Figure FDA0003600924680000023
近用户解码出远用户的数据量为
Figure FDA0003600924680000024
在第三阶段中，近用户利用第一阶段收集到的能量转发远用户的信息，其中在第i个子载波上，近用户的发射功率为
Figure FDA0003600924680000025
远用户解码出自身信号的数据量为
Figure FDA0003600924680000026
S14、明确需要解决的优化问题P1，
P1:
Figure FDA0003600924680000027
在优化问题P1中，目标函数为近用户的传输数据量；
S15、明确优化问题的约束条件C1～C8，
C1：
Figure FDA0003600924680000028
C2：
Figure FDA0003600924680000029
C3：
Figure FDA00036009246800000210
C4：
Figure FDA0003600924680000031
C5：
Figure FDA0003600924680000032
C6：0≤αi≤1，
C7：τ0+τ1+τ2＝1，
C8：0≤τ0≤1,0≤τ1≤1,0≤τ2≤1；
其中，C1和C2为基站的传输功率约束，表示在第一阶段和第二阶段中，基站的传输功率不超过最大总传输功率P；
C3和C4为远用户的传输数据量约束，表示近用户在第二阶段解码出远用户的数据量和远用户在第三阶段解码出自身信号的数据量均不低于目标数据量D；
C5为近用户的能量因果约束，表示近用户在第三阶段用于转发的能量不能超过其在第一阶段收集到的能量；
C6和C8表示αi、τ0、τ1、τ2的取值范围为[0,1]；
C7表示三个阶段的时长和为1；
S2包括如下步骤：
S20、在求解优化问题P1之前先检查该问题是否可行，即判断近用户在第二阶段解码出远用户的数据量和远用户在第三阶段解码出自身信号的数据量是否都能达到目标数据量D，通过求解优化问题P2进行可行性检查，
P2：
Figure FDA0003600924680000033
Figure FDA0003600924680000034
约束条件包括C1、C2、C5、C6、C7、C8，还包括C9，
C9：
Figure FDA0003600924680000041
S2还包括如下步骤：
S21、令αi＝0，
Figure FDA0003600924680000042
S22、初始化参数，设置
Figure FDA0003600924680000043
S23、给定τ0、τ1和τ2，对
Figure FDA0003600924680000044
和
Figure FDA0003600924680000045
进行优化；
S24、给定
Figure FDA0003600924680000046
和
Figure FDA0003600924680000047
对τ0、τ1和τ2进行优化；
S25、判断优化问题P2是否收敛，若收敛则进入下一步，若不收敛，则返回S23；
S23具体包括如下步骤：
S231、在基站传输功率约束下，以最大化近用户在第二阶段解码出远用户的数据量为目标，对
Figure FDA0003600924680000048
进行优化；
S232、在近用户能量因果约束下，以最大化远用户在第三阶段解码出自身信号的数据量为目标，对
Figure FDA0003600924680000049
进行优化；
S3包括如下步骤：
判断S2中所得到的优化问题P2的结果是否大于目标数据量D，若大于则认为优化问题P1有可行性解，执行下一步骤，否则认为优化问题P1无可行性解，算法结束；
S4包括如下步骤：
S40、以最大化近用户收集的能量为目标，对
Figure FDA00036009246800000410
进行优化，
Figure FDA00036009246800000411
S4还包括如下步骤：
S41、将S2中求得的解作为其余优化变量的初始可行性解；
S42、给定τ0、τ1、τ2和{αi}，对
Figure FDA0003600924680000051
和
Figure FDA0003600924680000052
进行优化；
S43、给定{αi}、
Figure FDA0003600924680000053
和
Figure FDA0003600924680000054
对τ0、τ1、和τ2进行优化；
S44、给定τ0、τ1、τ2、
Figure FDA0003600924680000055
和
Figure FDA0003600924680000056
对{αi}进行优化，将约束条件C3转化为，
C3：
Figure FDA0003600924680000057
Figure FDA0003600924680000058
将优化问题P1转化为，
P1：
Figure FDA0003600924680000059
令
Figure FDA00036009246800000510
则将优化问题P1转化为，
P1：
Figure FDA00036009246800000511
约束条件为C10、C11，
C10：
Figure FDA00036009246800000512
C11：
Figure FDA00036009246800000513
当约束C10取等时，目标函数最大，令
Figure FDA00036009246800000514
S45、判断优化问题P1是否收敛，若收敛则算法结束，输入优化后的τ0、τ1、τ2、
Figure FDA00036009246800000515
和{αi}；若不收敛，则返回步骤S42；
S42包括如下步骤：
S421、在传输功率约束和传输数据量约束下，以最大化近用户传输数据量为目标，对
Figure FDA00036009246800000516
进行优化；
S422、在能量因果约束下，以最大化远用户在第三阶段解码出自身信号的数据量为目标，对
Figure FDA00036009246800000517
进行优化。
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