[發明專利]面向大規模天線陣列的無線能量信息傳輸網絡功控方法

有效

• 申請號: 201510028654.X
• 申請日: 2015-01-20
• 公開（公告）號: CN104600873A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 許威;吳憲;張華
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及功率控制領域，特別是無線能量與信息的傳輸過程中的功率控制。

背景技術

無線能量傳輸技術將能量通過電磁波形式傳輸到終端，可以延長終端電池壽命，甚至建成免于電池更換的無線能量傳輸系統，應用在一些充電困難甚至難以完成的地方，如戰場，污染/輻射環境，以及人體內部。將無線能量傳輸系統與傳統通信技術結合，可以實現能量與信息的混合傳輸。現有技術中，主要存在兩種混合傳輸方案，分別是信息能量同傳(Simultaneous?Wireless?Information?and?Power?Transfer，簡稱SWIPT)和無線能量驅動通信網絡(Wireless?Powered?Communication?Network，簡稱WPCN)。在SWIPT方案下，基站向多個終端發送能量和信息，終端同時完成信息和能量的接收；在WPCN方案下，終端依靠從基站收集的電磁波能量完成信息的收集、處理與發送。由于WPCN支持由終端上傳信息，特別適用于建立無需更換電池的無線傳感器系統，具有更重要的應用價值。同時，近年來的研究指出，大規模多輸入多輸出系統可以顯著提升頻譜效率與功率效率，并利用簡單的多用戶線性預編碼方案，如匹配濾波(Matched?Filter，簡稱MF)預編碼，利用空間復用增益并獲取接近最優的性能。因此，考慮大規模多輸入多輸出系統下的WPCN的功率分配將是非常有意義的。

然而，大規模多輸入多輸出系統下無線能量驅動通信網絡的功率分配面臨著一系列的困難。首先，匹配濾波預編碼相對于迫零(Zero-Forcing，簡稱ZF)預編碼、臟紙編碼(Dirty?Paper?Code，簡稱DPC)等，雖然機理簡單、易于實現、能夠以很小的運算量支持較多的用戶，但是在實際可實現的基站天線數目下，不同用戶間仍會殘留一部分用戶間干擾。其次，無線能量驅動通信網絡中，需要終端先接收基站發射的能量，再將能量轉化后用于信息的發射。因而，基站收到的信號實際上經歷兩次大尺度衰落，形成所謂的“雙重遠近效應”，嚴重加劇了靠近基站終端與遠離基站終端之間的干擾。最終，功率分配會同時影響目標終端功率與用戶間干擾，如果功率分配方案給一個用戶分配了過多的功率，那么其他的用戶會同時遭受更小的發射功率與更大的用戶間干擾的不利影響。以上都對WPCN下的功率分配設計增加了難度，并使得廣泛應用于傳統通信系統的經典注水功控算法(Water-Filling?Algorithm)在大規模多輸入多輸出系統下的無線能量驅動通信網絡中不再適用。

因而，我們非常有必要研究該系統下的功率分配方案設計，提高系統的通信容量和用戶公平性。

發明內容

要解決的技術問題：針對現有技術的不足，本發明提出一種面向大規模天線陣列的能量信息傳輸網絡的功率分配方法，用于解決現有的信息與能量混合傳輸中存在的功率分配不均而帶來的目標終端功率低、用戶間干擾等不良影響。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

面向大規模天線陣列的無線能量信息傳輸網絡功控方法，包括先后執行的信道參數估計、用戶終端能量發送功率分配、用戶終端能量接收、用戶終端上行信息傳輸以及基站接收用戶終端的上行信息共5個步驟，其中用戶終端能量發送功率按照下式進行分配：

pk=1αkθkΣi=1K1αiθi]]>

其中：

p_k為給第k個用戶終端的功率分配加權因子；

α_k為第k個用戶終端的下行信道的大尺度衰落因子；

θ_k為第k個用戶終端的上行信道大尺度衰落因子；