[發明專利]一種基于非線性能量收集的SWIPT系統自適應時隙信號接收方法

有效

• 申請號: 201810418850.1
• 申請日: 2018-05-04
• 公開（公告）號: CN108848558B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 馮義志;劉敏剛;寧更新;張軍;季飛;傅娟
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H04W52/34
• 分類號: H04W52/34
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

本發明公開了一種基于非線性能量收集的SWIPT系統自適應時隙信號接收方法，首先，針對非線性能量SWIPT系統在平坦衰落信道點對點通信的場景，解決SWIPT系統非線性能量接收機在某個時隙內輸入信號功率飽和導致接收能量浪費以及接收端對資源分配粗略的問題；其次，針對非線性能量SWIPT系統，提出根據信道狀態自適應地切換收集信息或者能量。對信息接收機與能量接收機切換系數進行優化，構造的目標函數形式簡單，且部分參數能根據不同場景中的不同需求進行調整，提高了應用的靈活性；目標函數的解由優化算法求得，過程簡單，沒有復雜的數學解析過程，易于實際操作，且能夠同時對接收端獲取的能量和系統的中斷概率兩項重要指標進行優化。

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，具體涉及一種基于非線性能量收集的無線信息與能量協同傳輸(SWIPT)系統自適應適應時隙信號接收方法。

背景技術

在一些傳統的能量受限的無線網絡中，網絡的壽命往往取決于網絡節點的電池容量，因此節點電池能量的可持續非常重要，通常需要周期性地對電池進行充電、或者更換電池。對于工作環境惡劣的能量受限網絡，其節點的電池充電或更換困難、甚至無法實現，開發無線能量傳輸/收集技術成為迫切需求。

SWIPT是無線信息傳輸與無線能量傳輸相結合的技術，接收端由信息接收機和能量接收機組成，使得接收機可以在不增加額外的時間以及頻率資源的前提下，對同一射頻信號進行信息解碼(ID)的同時從中獲取能量(EH)。與傳統的風能、太陽能、潮汐能等依賴于氣候等自然環境因而不可控的能量收集技術相比，SWIPT可提供穩定、可控、可靠的能量收集，近年來成為業界研究和關注的焦點。SWIPT系統中，接收端的能量接收與信息解碼利用相同的接收信號，如何合理分配系統資源是影響系統性能的關鍵問題。

目前已有許多研究提出了各種關于SWIPT系統資源分配的方法，但現有的方法主要針對線性能量接收機。公開號為CN105611633A，公開日為2016年5月25日的發明專利“基于SWIPT的波束賦形方法的接收機資源分配方法”，提供了一種將波束賦形設計與SWIPT系統資源分配相結合以降低基站發送功率的方法，但是該發明針對線性能量接收機、且以基站發送最小功率為目標。公開號為CN105119644A，公開日為2015年12月2日的發明專利“基于SWIPT的單用戶MIMO系統空分切換方法”提供了使用MIMO空分切換技術對SWIPT系統在能量接收和信息解碼兩種模式之間進行切換的方法，但是該發明同樣針對的是線性能量接收機，沒有考慮能量接收機的非線性。

實際的SWIPT能量接收機具有非線性的特點：當接收信號的功率增大到一定的值時，能量接收機的輸出功率將達到飽和、保持不變。現有的SWIPT系統的資源分配方法，無法解決能量接收機輸出功率飽和時的接收能量浪費問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中的上述缺陷，提供一種基于非線性能量收集的SWIPT系統自適應時隙信號接收方法。該方法采用一種基于時隙切換架構的能量收集模式，以最小化中斷概率為優化目標，對信息接收機與能量接收機切換系數進行優化，旨在為SWIPT系統提供一種符合實際的資源分配方法。

本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種基于非線性能量收集的SWIPT系統自適應時隙信號接收方法，所述的接收方法包括下列步驟：

S1、發送端S向能量受限的接收節點D發送信號x，接收節點D將一個資源塊分成K個時隙進行接收，第k個時隙接收到的信號為：式中，1≤k≤K，h_k表示第k個時隙的信道系數服從平坦衰落，P_k表示該時隙的發送信號功率，n為接收端加性高斯白噪聲；