[發明專利]基于波束成型和時間分配的充電網絡能效優化方法及系統

有效

• 申請號: 201711386761.5
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN108135004B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 郭重濤;付淼淼;廖斌;何春龍;馮大權
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H04W16/22
• 分類號: H04W16/22;H04W52/24;H04B5/00;H04B7/06
• 代理公司: 深圳市恒申知識產權事務所(普通合伙) 44312
• 代理人: 王利彬

1.一種基于波束成型和時間分配的充電網絡能效優化方法，其特征在于，所述方法包括：

建立通信網絡模型，其中，所述通信網絡模型包括含有N_t根天線的基站、1個單天線接收端及K個單天線用戶節點；

獲取所述基站基于下行鏈路向所述單天線用戶節點廣播的射頻信號，基于所述射頻信號，確定在無線能量傳輸階段的系統能量消耗值為:

E(τ₀,X)＝τ₀(Tr(X)+b₀)；

基于所述射頻信號，確定在無線能量傳輸階段的系統用戶能量獲取值為:

其中，τ₀為無線能量傳輸階段的時間，X＝E(xx^H)，x表示基站通過天線發射的射頻信號，是一個含有N_t個變量的向量，表示含有N_t個變量的向量的集合，X為x的協方差矩陣，Tr(X)為射頻信號的平均功率，b₀為基站用于天線內部電路消耗的功率，k表示第k個單天線用戶節點，k＝1,...,K，K為常數，ξ_k為第k個單天線用戶節點的能量獲取效率，ξ_k∈(0,1)，h_k為下行通信信道增益，為h_k的共軛轉置，為單天線用戶節點接收射頻信號的功率；

基于所述系統用戶能量獲取值確定系統吞吐量,包括：

基于所述系統用戶能量獲取值確定每一個單天線用戶節點的平均發送功率為：

利用香農定理及所述平均發送功率確定所述系統吞吐量為：

其中，τ為待求的無線能量傳輸階段及信息傳送階段的時間分配變量，τ_k為第k個用戶向單天線接收端傳送信息的時間，a_k為第k個單天線用戶節點發送信息時自身消耗功率；

其中，δ_k²為高斯白噪聲信道下的白噪聲功率，Γ為高斯白噪聲信道下信道容量由于調制和編碼產生的信噪比間隔，g_k為上行通信信道增益，|g_k|²為上行通信信道增益的模平方；

利用所述系統能量消耗值及所述系統吞吐量確定最優充電網絡能效,包括：

將所述系統吞吐量除以所述系統能量消耗值，得到能效比例式；

利用丁克爾巴赫算法或二分法對所述能效比例式進行求解，得到所述通信網絡模型的最佳的時間分配和能量的波束成形；

將所述最佳的時間分配和能量的波束成形確定為所述最優充電網絡能效。

2.一種基于波束成型和時間分配的充電網絡能效優化系統，其特征在于，所述系統包括：

建立模塊，用于建立通信網絡模型，其中，所述通信網絡模型包括含有N_t根天線的基站、1個單天線接收端及K個單天線用戶節點；

第一確定模塊，用于獲取所述基站基于下行鏈路向所述單天線用戶節點廣播的射頻信號，包括：

獲取模塊，用于獲取所述基站基于下行鏈路向所述單天線用戶節點廣播的射頻信號；

第四確定模塊，用于基于所述射頻信號，確定在無線能量傳輸階段的系統能量消耗值為:

E(τ₀,X)＝τ₀(Tr(X)+b₀)；

第五確定模塊，用于基于所述射頻信號，確定在無線能量傳輸階段的系統用戶能量獲取值為:

其中，τ₀為無線能量傳輸階段的時間，X＝E(xx^H)，x表示基站通過天線發射的射頻信號，是一個含有N_t個變量的向量，表示含有N_t個變量的向量的集合，X為x的協方差矩陣，Tr(X)為射頻信號的平均功率，b₀為基站用于天線內部電路消耗的功率，k表示第k個單天線用戶節點，k＝1,...,K，K為常數，ξ_k為第k個單天線用戶節點的能量獲取效率，ξ_k∈(0,1)，h_k為下行通信信道增益，為h_k的共軛轉置，為單天線用戶節點接收射頻信號的功率；

第二確定模塊，包括：

第六確定模塊，用于基于所述系統用戶能量獲取值確定每一個單天線用戶節點的平均發送功率為：

第七確定模塊，用于利用香農定理及所述平均發送功率確定系統吞吐量為：

其中，τ為待求的無線能量傳輸階段及信息傳送階段的時間分配變量，τ_k為第k個用戶向單天線接收端傳送信息的時間，a_k為第k個單天線用戶節點發送信息時自身消耗功率；

其中，δ_k²為高斯白噪聲信道下的白噪聲功率，Γ為高斯白噪聲信道下信道容量由于調制和編碼產生的信噪比間隔，g_k為上行通信信道增益，|g_k|²為上行通信信道增益的模平方；

第三確定模塊，包括：

第一計算模塊，用于將所述系統吞吐量除以所述系統能量消耗值，得到能效比例式；

第二計算模塊，用于利用丁克爾巴赫算法或二分法對所述能效比例式進行求解，得到所述通信網絡模型的最佳的時間分配和能量的波束成形；

第八確定模塊，用于將所述最佳的時間分配和能量的波束成形確定為最優充電網絡能效。