[發明專利]MU?MISO無線攜能通信系統的魯棒構造方法

有效

• 申請號: 201510074650.5
• 申請日: 2015-02-12
• 公開（公告）號: CN104601213B
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 王忠勇;朱政宇;張園園;張延彬;路新華;崔建華
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04L25/02
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 李相雨

技術領域

本發明涉及通信技術領域，具體涉及MU-MISO無線攜能通信系統的魯棒構造方法。

背景技術

無線攜能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)是在現有無線供電技術的基礎上，通過某種技術手段，在完成能量的傳輸與收集(Energy Harvesting,EH)的同時，實現高效可靠通信，從而充分利用寶貴的發射功率。基于信息與能量并行傳輸這一顯著特點，SWIPT技術有望廣泛用于高速射頻標簽(Radio Frequency Identification，RFID)、物聯網以及各類移動終端之間的信息交換與能量傳輸，在實現高速信息交換的同時，通過提取接收信號中的能量有效地向各種終端設備饋電，從而取代傳統有線或電池供電所帶來的不便，減小終端設備的體積與成本，并延長其待機時間。

多輸入單輸出(Multiple-Input Single-Output，MISO)技術是指發送端采用了多根天線。隨著多天線技術研究的深入，MISO技術已從點對點的單用戶多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技術擴展到了點對多點的多用戶MISO系統(Multiple User MISO，MU-MISO)。研究表明，在MU-MISO系統中，發射機利用準確的信道信息對帶發射數據進行簡單的波束成形的預處理，從而實現分集和陣列增益。然而，這一假設并不現實。在時分雙工(Time-DivisionDuPlex,TDD)系統中，雖然上下行鏈路空間傳播信道的基帶響應在理論上滿足互易性(reciprocity)，但在考慮射頻到基帶之間相互轉換等因素時則很難實現。對頻分雙工(Frequenency-Division Duplex，FDD)系統，其上下行鏈路信道不具有互易性。因此，一種較為可行的方式是:接收機先估計信道信息，再將其反饋給發射機。但由于開銷不能太大，反饋鏈路的帶寬受到限制，加之目前通信系統的數字化實現需要，一般只能用若干比特對需要反饋的信道信息進行量化，再傳遞給發射機，但是實際系統中接收機可以反饋的信息量是有限的。這種方案導致發射機端獲得的系統信道信息與真實的信道信息之間存在一定的誤差。在上述兩種情況下，發射機獲得的下行鏈路信道信息與真實的信道信息不能完全匹配，根據不完全信道信息計算得到的波束成形方案性能也會受到很大影響。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明提供一種MU-MISO無線攜能通信系統的魯棒構造方法，能夠解決在部分信道信息條件下所需的發射總功率過大的問題，從而降低基站側操作的復雜度。

第一方面，本發明提供了一種MU-MISO無線攜能通信系統的魯棒構造方法，所述方法包括：

S1：獲取系統中各用戶的信道估計矩陣；

S2：以所述信道估計矩陣為中心以信道估計誤差為半徑建立歐幾里得球體，作為信道估計模型；

S3：根據所述信道估計模型，確定各用戶所需最小的信干噪比和采集功率，并構建平均發射總功率最小優化問題模型；

S4：將所述優化問題模型中變量的二次型轉換為一次型；

S5：根據松弛下界理論或拉格朗日乘子理論，更新信干噪比和功率采集表達式，簡化所述優化問題模型；

S6：根據簡化后的優化問題模型，獲取各用戶的最佳發射協方差矩陣和功率分裂因子；

S7：對所述最佳發射協方差矩陣根據特征值進行分解，獲得最佳波束成形向量。

優選地，所述步驟S1具體包括：

通過反饋的方式或系統的信道互惠性，獲取系統中各用戶的信道估計矩陣。

優選地，所述步驟S2具體包括：

以所述信道估計矩陣為中心以信道估計誤差為半徑建立歐幾里得球體，表示為：

其中，表示信道估計誤差集合，Δh_k表示第k個用戶的信道估計誤差，表示第k個用戶的信道估計向量，ε_k表示所述歐幾里得球體的半徑；

根據所述歐幾里得球體，獲得信道估計模型：

其中，表示信道估計模型，是一個范數界誤差向量滿足||Δh_k||≤ε_k，系統的用戶個數為K，系統基站端的發射天線數為M。

優選地，所述步驟S3具體包括：

S31：對系統進行初始化設置，并根據所述信道估計模型確定各用戶設備所需最小的信干噪比為：