基于時(shí)隙和功率分配的聯(lián)合優(yōu)化算法*

周紹軍，劉曉霞，胡云冰

（1.四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院，四川 崇州 611231；2.廈門大學(xué)信息學(xué)院，福建 廈門 361005）

0 引言

隨著智能手持設(shè)備數(shù)量呈指數(shù)級(jí)增長，5G 核心網(wǎng)絡(luò)的壓力陡增。第三代合作伙伴計(jì)劃3GPP 提出D2D［1］技術(shù)，可有效緩解5G 網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，提高本地服務(wù)的數(shù)據(jù)速率。在D2D 模式下，近地設(shè)備能夠共享蜂窩用戶（cellular users，CUs）的資源［2］。然而，這些低功耗設(shè)備一般由干電池供電，儲(chǔ)能量有限。

無線能量傳輸（wireless energy transfer，WET）［3］是給低功耗設(shè)備補(bǔ)給能量的有效技術(shù)。通過WET技術(shù)，補(bǔ)充設(shè)備能量，延長設(shè)備的工作時(shí)長。當(dāng)基站向網(wǎng)絡(luò)廣播了信號(hào)，其就會(huì)向周圍產(chǎn)生電磁波。設(shè)備利用能量收集電路，從此電磁波信號(hào)獲取能量，即完成能量采集（energy harvesting，EH）。因此，蜂窩網(wǎng)絡(luò)支持（under-laying cellular networks，ULCNs）的EH-使能D2D 通信框架受到廣泛關(guān)注［4］。

然而，從射頻信號(hào)采集的能量隨時(shí)間波動(dòng)，并呈隨機(jī)性，而設(shè)備的剩余能量影響了資源分配策略。因此，有效地管理EH-使能D2D 通信的ULCNs網(wǎng)絡(luò)的資源十分重要。依據(jù)文獻(xiàn)［5］，非正交多址接入（non-orthogonal multiple access，NOMA）是提高頻譜效率，資源共享的有效技術(shù)。據(jù)此，將NOMA 與D2D-ULCNs 相結(jié)合，可以有效地提高網(wǎng)絡(luò)性能。

為此，面向D2D-ULCN 網(wǎng)絡(luò)，提出基于時(shí)隙和功率分配的聯(lián)合優(yōu)化算法。主要工作如下：1）建立關(guān)于時(shí)隙分配和傳輸功率的能效優(yōu)化的目標(biāo)問題；2）考慮到目標(biāo)問題的非凸性，將目標(biāo)問題分解兩個(gè)子問題；再分別利用Dinkelbach 法和連續(xù)凸逼近法分別求解；3）通過仿真分析JTAO 算法的性能。性能分析表明，相比于同類算法，JATO 算法通過優(yōu)化D2D 的發(fā)射功率和時(shí)隙分配，提升了D2D 群的能效。

1 系統(tǒng)模型