[發(fā)明專利]一種多天線微波無線充電的波束成形算法

有效

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• 申請日: 2017-08-09
• 公開（公告）號: CN107493124B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙毓斌;須成忠;王曉東
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳先進(jìn)技術(shù)研究院;深圳市堯元科技有限公司
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H02J50/20
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務(wù)所 11430
• 代理人: 賈冠楠

本發(fā)明涉及一種多天線的微波無線充電波束成形方法，包括以下步驟：S(1)在線訓(xùn)練協(xié)議，包括訓(xùn)練周期和訓(xùn)練時隙；S(2)基于隨機(jī)采樣算法進(jìn)行采樣；S(3)基于反饋信息進(jìn)行重采樣；S(4)收斂控制，進(jìn)行最優(yōu)值的選取，得到最優(yōu)波束成形權(quán)重向量。本發(fā)明具有無線微波能量發(fā)送功能的多天線系統(tǒng)設(shè)計有效的波束成形技術(shù)，進(jìn)而提高遠(yuǎn)距離無線充電的效率。針對具有能量收集功能的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，其僅能傳輸有限的信息反饋(如RSS值等)，傳統(tǒng)波束成形技術(shù)無法在此基礎(chǔ)上進(jìn)行部署。因此，本發(fā)明的波束成形技術(shù)中同時著重考慮如何在發(fā)射端單向進(jìn)行波束成形估算，并提出有效可控的方法極大縮短了估算時間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線充電領(lǐng)域，具體涉及一種多天線微波無線充電的波束成形算法。

背景技術(shù)

近年來，無線充電技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是長距離低功率微波充電技術(shù)的突破，使物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備擺脫了電池或充電線的限制。微波充電作為一種遠(yuǎn)距離能量傳輸技術(shù)，因其能量收集天線成本低廉、體積微小，能夠為商務(wù)移動終端提供一種更方便、無處不在，無時不可的持續(xù)電能供給。近年來的微波充電技術(shù)的不斷突破，使得未來物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，尤其是低功耗設(shè)備將突破能量瓶頸。在此基礎(chǔ)上，無線能量信息混傳系統(tǒng)的研究正在逐步崛起，將為微波充電提供網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，徹底解除終端設(shè)備的距離束縛，提供無處不在的服務(wù)和供電。其中，大規(guī)模MIMO天線和超密集網(wǎng)絡(luò)作為基本的代表性技術(shù)，在目前蓬勃發(fā)展5G通信中逐步趨向成熟，并將最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，未來的大規(guī)模密集無線網(wǎng)絡(luò)作為微波供電的基礎(chǔ)設(shè)施，將成為可能。因此，依據(jù)微波充電和下一代通信發(fā)展的趨勢可以預(yù)見，微波充電技術(shù)必將成為物聯(lián)網(wǎng)的供能基本手段，而從技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用需求的角度看，無線充電與物聯(lián)網(wǎng)的融合將成為必然的趨勢。

目前在無線微波充電技術(shù)中，采用多天線技術(shù)進(jìn)行能量傳輸是公認(rèn)的提高傳輸效率的有效方法。在此基礎(chǔ)上，有效的波束成形技術(shù)能夠進(jìn)一步的提高充電的效率。然而基于微波充電的波束成形技術(shù)目前有兩個問題。第一個問題是由于無線能量接收設(shè)備能量、計算和存儲能力有限的原因，自身不能做復(fù)雜計算。因此，和傳統(tǒng)的無線通信不同，能量接收端自身不能做信道估計，而只能將有限的信息反饋至發(fā)送端(如RSS等)，這樣就導(dǎo)致傳統(tǒng)的波束成形算法無法直接應(yīng)用到微波充電中來。在此基礎(chǔ)上，第二個技術(shù)問題是如果在能量發(fā)送端僅利用有限的反饋信息進(jìn)行波束成形的計算，隨著天線數(shù)量的增多，計算量也隨之增大，且需要發(fā)送的測試能量也增大，導(dǎo)致計算時間長和能量浪費(fèi)等問題。當(dāng)前針對多天線的波束成形的研究有文獻(xiàn)[1,2,3]。但這些論文是假設(shè)接收終端有能力計算信道信息的，可以通過反饋的信道信息進(jìn)行波束成形設(shè)計。但是，這些假設(shè)在實(shí)際布置中是不成立的。此外，上述文獻(xiàn)提到的算法中，需要發(fā)射端發(fā)送一定數(shù)量的測試微波能量，進(jìn)而估算信道信息，測試時間較長且浪費(fèi)能量，因此該算法的計算和能量傳輸效率都很低。文獻(xiàn)[4]提出了一種采用有限信息反饋的隨機(jī)波束成形算法，該算法可以布置在實(shí)際系統(tǒng)中，但是存在訓(xùn)練時間長，效率低的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1].Yang,Gang,C.K.Ho,and Y.L.Guan.Dynamic Resource Allocation forMultiple-Antenna Wireless Power Transfer.IEEE Transactions on SignalProcessing 62.14(2013):3565-3577.

[2].Zeng,Yong,and R.Zhang.Optimized Training Design for WirelessEnergy Transfer.IEEE Transactions on Communications 63.2(2015):536-550.