[發明專利]一種MassiveMIMO系統基于混合能量采集的功率分配方法

有效

• 申請號: 201710255619.0
• 申請日: 2017-04-19
• 公開（公告）號: CN107171701B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 張陽;張丹;龐立華;欒英姿;韓芮雨
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04B7/0426;H04B17/309
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

1.一種Massive MIMO系統基于混合能量采集的功率分配方法，其特征在于，所述Massive MIMO系統基于混合能量采集的功率分配方法關于能量獲取的不確定性建立混合能量采集模型，并根據信道狀態和能量狀態的時變特性以及用戶間的協調影響，通過迭代更新系統信息，最終為每個用戶分配最優的功率，獲得最高吞吐量的同時，最大限度的節省對不可再生資源的利用；

所述能量采集模型采用泊松分布對能量收集過程和信道衰落的變化過程進行分析，能量到達時刻和信道衰落變化時刻是可計數的，分別用和表示能量到達時刻序列和信道變化時刻序列，并且根據泊松分布的性質，時刻序列的間隔和分別服從均值為1/λ_e和1/λ_f的指數分布；

所述最優的功率分配表示為：

其中和分別為由能量采集和電網提供的信號的發射功率，和分別為由能量采集和電網提供的電路消耗功率，為能量采集器的電池容量，E_in(i)為i時刻的采集能量，為由電網提供的最大功率，P_max為信號發射功率的最大值，N表示信道變化的次數，Q-1表示能量到達的次數，η為功率放大器效率，L_i為第i＝{1,...,Q+N}個時間間隔，并且[x]⁺＝max(0,x)，表示0≤x≤p_c，p_c為總的電路功率消耗，α,τ,γ,μ均為拉格朗日乘子，G為信道矩陣。

2.一種Massive MIMO系統基于混合能量采集的功率分配方法，其特征在于，該MassiveMIMO系統基于混合能量采集的功率分配方法包括以下步驟：

步驟一，在Massive MIMO下行系統中，基站將采集的能量存儲在可充電電池中，當可充電電池中的能量匱乏時，電網將作為備用電源給系統供電；

步驟二，分析通信系統，根據信道狀態和能量狀態的時變特性，采用泊松分布來表示能量收集過程和信道狀態的變化過程，所采集能量的到達時刻和信道狀態的變化時刻分別服從速率為λ_e和λ_f的泊松計數分布；

步驟三，設計以最大化系統吞吐量為目標的優化模型，對每個用戶分配的數據發送功率以及傳輸過程中消耗的電路功率進行優化；

步驟四，針對建立的優化問題進行求解，利用拉格朗日對偶性將原始問題轉化為對偶問題，然后采用梯度下降法對拉格朗日乘子進行迭代更新，求得原問題的最優解；

步驟五，根據問題的最優解，基站分別從可充電電池和電網中為每個用戶分配功率，并進行信號傳輸。

3.如權利要求2所述的Massive MIMO系統基于混合能量采集的功率分配方法，其特征在于，大尺度衰落因子表示為：

其中z_k是對數正態隨機變量，10log(z_k)是均值為0，方差為的復高斯隨機變量，r_k為基站到第k個用戶之間的距離，r_h為參考距離，v為路徑損耗；

Massive MIMO系統下行傳輸用戶的和速率為：

其中G為信道矩陣，p_k為基站和第k個用戶之間鏈路的發射功率，噪聲矢量是由均值為0，方差為的復高斯隨機變量組成。

4.如權利要求2所述的Massive MIMO系統基于混合能量采集的功率分配方法，其特征在于，采集能量的隨機性使得在使用無線資源時還必須額外滿足能量因果約束和電池容量約束，即：

在整個傳輸過程中，信道變化的次數是N次，能量到達的次數是Q-1次，初始時刻的到達能量記為E_in(1)＝E₁＝0，對于l時刻而言，如果l為能量到達時刻，E_in(l)＝E_i，如果l為信道變化的時刻，E_in(l)＝0。