【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于無線通信，具體涉及一種分布式全雙工非正交多址接入車聯網系統無線攜能傳輸方法。
技術介紹
1、隨著自動駕駛汽車和5g的快速發展趨勢，推出了蜂窩車聯網(c-v2x)，該通信模式利用蜂窩網絡實現車輛、行人、基礎設施以及兩者之間的一切之間的無縫和即時通信。c-v2x相對于dsrc具有改進的通信性能、與蜂窩網絡的無縫集成的優點。
2、在c-v2x系統中，蜂窩網絡起著主導作用。也就是說，蜂窩網絡是實現車輛、基礎設施、行人和交通生態系統其他元素之間無縫通信和連接的主干。蜂窩技術，特別是4glte和新興的5g標準，為c-v2x應用提供了一個強大的高性能平臺，提供了v2v、車輛到網絡(v2n)、車輛到基礎設施(v2i)、車輛到行人(v2p)通信。在這種情況下，信息傳輸是借助蜂窩來完成的。隨著所謂的大規模甚至快速增長的5g連接設備，這一架構正面臨越來越大的挑戰。這主要歸因于快速增長的蜂窩網絡負載和c-v2x中嚴格的延遲要求。如何減輕蜂窩負載和降低通信延遲成為部署c-v2x的關鍵問題。
3、另一方面，在能量受限的無線網絡中，同swipt得到了廣泛的研究。swipt對從無線通信系統到物聯網(iot)等各種應用都有很大的前景。在c-v2x系統中，車輛和其他移動設備有限的能量儲備一直是技術創新和工程設計的挑戰。在這方面，swipt可以成為一種有效的解決方案，有助于克服能源限制，提高設備的可持續性和效率。對于自動駕駛汽車，swipt提供了更靈活的充電和通信解決方案，增強了它們的自主性。通過利用環境中現有通信信號中的能量，
4、目前對swipt在c-v2x系統中的研究存在若干顯著的不足與缺陷。許多研究仍然局限于集中式架構，這種架構在設備數量增加時會帶來過重的蜂窩負載和更高的延遲性能，使得系統在高并發場景下的表現不盡如人意。此外，盡管已有研究探討了多輸入多輸出(mimo)系統在信號解碼和能量收集下的應用，相關實驗往往在集中式基站的設置中進行，未能有效考慮分布式設備間的動態交互。當涉及全雙工(fd)與非正交多址接入(noma)結合時，現有的研究也較為欠缺，尤其是在這些技術應用于分布式c-v2x系統時。盡管fd技術能夠通過同時發送和接收數據來降低延遲，但在未深入探討功率分配機制的情況下，難以充分發揮其優勢。此外，noma技術能夠提高頻譜效率和能效，但在功率分配方面存在的內容仍顯得較為有限，特別是在實時應用場景中，未能明確如何有效調配資源以滿足不同用戶的需求。現有研究對功率分配在swipt模式下的復雜性認識不足。雖然一些研究嘗試了解決功率分配問題，但普遍缺乏在能量采集和信號解碼之間進行有效平衡的策略，導致系統整體性能未能達到最優。因此，急需在分布式c-v2x系統中進行更深入的研究，以探索在swipt情境下有效的功率分配策略，優化延遲表現并減輕網絡負載，從而提升整體系統的可靠性和效率。
技術實現思路
1、有鑒于此，為解決上述現有技術的不足，本專利技術的目的在于提供一種分布式全雙工非正交多址接入車聯網(fd-noma-v2x)無線攜能傳輸方法，求解得到使得分配的功率最小化的功率分配、信噪比、能量收集以及功率分配因子門限參量的最優解和次優解，該功率分配策略可優化延遲表現并減輕網絡負載，有效提升整體系統的可靠性和效率。
2、為實現上述目的，本專利技術所采用的技術方案是：
3、分布式全雙工非正交多址接入車聯網無線攜能傳輸方法，該方法基于分布式全雙工非正交多址接入車聯網系統，該系統包括k+m個車聯網設備，每個車聯網設備擁有一個緩存，信息傳輸可直接通過車對車(v2v)和/或v2x傳輸鏈路完成；所述方法包括以下步驟：
4、步驟1、將從第m個設備到第k個設備的過程視為下行鏈路，從第k個設備到第m個設備的過程視為下行鏈路，確定上行鏈路信息和接收器的sinr；其中，m＝1…m，k＝1…k；
5、步驟2、以最小化分配功率為目標，建立功率分配、信噪比、能量收集以及功率分配因子優化模型，確定優化問題；
6、步驟3、利用迫零波束成形與臟紙編碼方法(zfbf-dpc)消除多用戶干擾，將原優化問題進一步簡化；
7、步驟4、求解該優化問題的最優解和次優解，包括以下內容：
8、a、利用半定松弛技術將優化問題轉化為凸問題后通過內點法求解，通過內點法得到功率分配系數和波束形成向量的最優解；
9、b、假設功率分配系數滿足等式約束條件，將問題簡化為求解二次方程，根據解析法得到功率分配系數和波束形成向量的次優解。
10、進一步地，所述步驟1中，將接收到的信號功率分為信號解碼部分sd和能量獲取eh部分，給定γk(0＜γk＜1)作為sd功率部分，剩余的1-γk部分將作為eh功率部分，接收到的信號為：
11、
12、其中，分別為信道矩陣、相應的波束形成矩陣、下行鏈路發射信號和歸一化下行鏈路信道噪聲，其中ζk表示用戶k的分配功率系數。
13、更進一步地，以最小化分配功率為目標，考慮功率分配約束、信噪比約束、能量收集約束以及功率分配因子約束，構建所述步驟2中優化模型為：
14、
15、subject?to:
16、
17、其中，c1表示功率分配門限值，c2表示信噪比門限值，c3表示能量收集門限值，c4表示功率分配系數的取值范圍約束條件；g定義為：
18、
19、其中，是用戶k分配的上行傳輸功率，ηk是k用戶的自干擾系數；是所有用戶的總功率系數值，ζi表示用戶i的分配功率系數，pk為每個用戶k從發射機獲得的功率。
20、進一步地，在下行鏈路信道狀態信息(csi)完全為發射機所知的情況下，zfbf-dpc可以消除多用戶干擾，即將問題p1重寫：
21、
22、subject?to:
23、
24、進一步地，通過定義把p2中的非凸問題轉換成凸問題，然后使用內點法得到最優解在的條件下，可以通過對進行特征值分解(evd)來求解最佳波束成形向量
25、進一步地，假設wk和γk的次優值會導致問題p2中前兩個約束條件相等，用分析方法提出了次優解
26、本專利技術的有益效果是：
27、本專利技術傳輸方法研究了基于分散式全雙工非正交多址v2x(fd-noma-v2x)系統模型的高效swipt傳輸，所有參與的設備都可以通過直接鏈接緩存和共享內容以供后續用戶使用，即使沒有蜂窩網絡的幫助，也可以減少蜂窩網絡的負載和延遲；fd模式可以同時發送和接收信號，進一步提高c-v2x系統的效率和吞吐量，解決了現有技術中蜂窩網絡負載、系統延遲和v2x設備電池容量限制等具有挑戰性的問題；
28、本專利技術考慮分散的fd-noma-v2x系統模型，通過利用設備之間的直接鏈路通信，減少了蜂窩網絡的負載；此外，noma可以進一步本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.分布式全雙工非正交多址接入車聯網無線攜能傳輸方法，該方法基于分布式全雙工非正交多址接入車聯網系統，該系統包括K+M個車聯網設備，每個車聯網設備擁有一個緩存；其特征在于，所述方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的分布式全雙工非正交多址接入車聯網無線攜能傳輸方法，其特征在于，所述步驟1中，將接收到的信號功率分為信號解碼部分和能量獲取部分，定義γk(0＜γk＜1)作為SD功率部分，剩余的1-γk部分將作為EH功率部分，接收到的信號為：
3.根據權利要求2所述的分布式全雙工非正交多址接入車聯網無線攜能傳輸方法，其特征在于，以最小化分配功率為目標，考慮功率分配約束、信噪比約束、能量收集約束以及功率分配因子約束，構建所述步驟2中優化模型為：
4.根據權利要求3所述的分布式全雙工非正交多址接入車聯網無線攜能傳輸方法，其特征在于，步驟3中，利用迫零波束成形與臟紙編碼方法消除多用戶干擾，將原優化問題進一步簡化，令問題P1進行重寫為：
5.根據權利要求4所述的分布式全雙工非正交多址接入車聯網無線攜能傳輸方法，其特征在于，所述步驟A中，包括以下
6.根據權利要求5所述的分布式全雙工非正交多址接入車聯網無線攜能傳輸方法，其特征在于，根據內點法求解問題P3，包括以下步驟：
7.根據權利要求4所述的分布式全雙工非正交多址接入車聯網無線攜能傳輸方法，其特征在于，所述步驟B中，包括以下步驟：
8.根據權利要求7所述的分布式全雙工非正交多址接入車聯網無線攜能傳輸方法，其特征在于，根據解析法求解問題P4，包括以下子步驟：
...【技術特征摘要】
1.分布式全雙工非正交多址接入車聯網無線攜能傳輸方法，該方法基于分布式全雙工非正交多址接入車聯網系統，該系統包括k+m個車聯網設備，每個車聯網設備擁有一個緩存；其特征在于，所述方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的分布式全雙工非正交多址接入車聯網無線攜能傳輸方法，其特征在于，所述步驟1中，將接收到的信號功率分為信號解碼部分和能量獲取部分，定義γk(0＜γk＜1)作為sd功率部分，剩余的1-γk部分將作為eh功率部分，接收到的信號為：
3.根據權利要求2所述的分布式全雙工非正交多址接入車聯網無線攜能傳輸方法，其特征在于，以最小化分配功率為目標，考慮功率分配約束、信噪比約束、能量收集約束以及功率分配因子約束，構建所述步驟2中優化模型為：
4.根據權利要求3所...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊少川，支俊蕾，王毅，陳新永，郭慧，劉婷，焦延楨，譚崇陽，冀保峰，張迪，陳宇，劉兆瑜，
申請(專利權)人：鄭州航空工業管理學院，
類型：發明
國別省市：
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