在WPCN中考虑能量有效性的资源分配

Energy-Efficient Resource Allocation for Wireless Powered Communication Networks
论文研究的问题：考虑每个用户最初存储的能量，通过时间分配和功率控制来达到我们可以实现的最大能量效率。在本文中能量供给端和信息接收端并不是同一个地方。
不存在远近问题 用户有初始能量 保证所要求的吞吐量
系统模型

the WET stage:
消耗的能量
the WIT stage:
消耗的能量：
总的吞吐量：
总的能量消耗：
为了保证通信的可靠性，必须满足Ek<=Ekh+Qk.
User Energy Efficiency的定义：
通过求导可得到使得eek最大
ENERGY-EFFICIENT RESOURCE ALLOCATION FOR BEST-EFFORT WPCN（没有最小吞吐量的限制）
the system EE的定义：
问题提出：
因为是非凸问题，所以我们不能用标准方法去求解。我们将用户分为两个子集， Qk =0 for k ∈ΦP and Qk > 0 for k ∈ΦI. 所以问题等价为：
PWPCN（只用从下行链路获得的能量来进行信息传输）

IELCN（不从下行链路获得能量，用自己的初始能量进行信息传输）

可以证明：

特殊情况：当PWPCN和IELCN的系统能量效率相同时，我们通常采用PWPCN来保护原始能量。
PWPCN：为得到最大的能量效率：
可以减少下行链路传输能量的时间，进而降低电路的能量损耗，同时可以有更多的时间来提高吞吐量。
以下为三种最优安排：


因为本文是要求最大的能量效率，所以当有的用户信道状态特别差，此时如果我们将其用于信息传输，反而会产生额外的电路功率损耗。
最后可以得到：

IELCN


可以得到在IELCN中我们只考虑最高 user EE的用户。
ENERGY-EFFICIENT RESOURCE ALLOCATION FOR WPCN WITH A QOSCONSTRAINT（要在保证最小吞吐量的前提下获得最大的能量效率）
问题提出：
首先要证明该问题的合理性：
我们利用
将其转化为
最后将其转化为标准的凸优化问题：


问题求解：
写出拉格朗日函数
给定μ, δ, and ϑ可得到：


针对上述结果，我们可得到算法：

特性：1、只要总的可用传输时间足够长，让每个用户提高他们各自的user EE能得到最大的system EE。当传输时间不够时，需要用户提高传输功率来提高user EE和system EE。
2、当要求的吞吐量很高时，拥有较高初始能量的用户更倾向使用自己的初始能量而不是从源端获得能量。
结论：
1、平均需要六次迭代可得到最优方案；
2、
当传输功率增加时，系统由IELCN模式过渡到PWPCN模式；
3、当Pmax增加时，the system EE增加，但对于考虑最大吞吐量的系统，the system EE先增加后降低，这是由于能量的贪婪使用；考虑最优能量效率系统的能量效率要优于按固定比例分配的系统，这是考虑最优能量效率的系统可以只利用那些对system EE有利的用户；当路径损耗过大时，不同系统之间的差异减小；
4、当能量接收效率增加时，被利用的用户数是非增的；
5、当用户数增加时，EE也增加；对于较大的K,EE系统减少更快比较小K .这主要是因为较大的K获得更多的能量,因此DL损失相对较少的能量对于主要能量消耗总量相比。因此,对于高吞吐量的要求,能量消耗的变化更敏感,从而导致更快的减少系统中的能量效率。