[發明專利]一種面向無線數能同傳的聯合調制編碼算法

有效

• 申請號: 202010400940.5
• 申請日: 2020-05-13
• 公開（公告）號: CN111585937B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 胡杰;趙毅哲;楊鯤;于秦
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04L27/36
• 分類號: H04L27/36;H04L1/00;H02J50/00
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 許馳

1.一種面向無線數能同傳的聯合調制編碼算法，其特征在于，包括：

采用K階的一元編碼進行聯合編碼調制控制傳輸信息和能量；分析平均能量收割功率并以此為傳能性能的衡量標準；具體包括：每個碼字表示為χ_k(k＝1,…,K)，K階一元編碼的碼字概率記為Pr_x＝{p(χ₁),…,p(χ_K)}，在采用M-QAM的調制方式下，分析WPT性能，即平均能量收割功率，則能量收集電路的實際平均收割功率為：其中，τ_m(Pr_x)表示符號的穩態傳輸概率，σ_a表示施加在天線上的AWGN的方差，其中同相維度和正交維度的方差均為σ_a/2，z_a表示施加在天線上的AWGN，g代表不同信道的多徑衰落，N_t表示發射機天線數，κ_r,m表示與發射符號s_m相關的RF信號的接收功率，P_th表示接收機能量收割閾值，

使用馬爾可夫狀態轉移分析收發機間的互信息并以此為傳信性能的衡量標準；

將抽象的數能相互約束的平衡問題建模成為數學優化問題；

借助二分查找算法和遺傳算法共同對優化問題進行求解；

利用數據仿真來驗證理論分析的有效性。

2.根據權利要求1所述的一種面向無線數能同傳的聯合調制編碼算法，其特征在于，采用一元編碼在瑞利信道下傳輸信息和能量，系統包含發射機和接收機，接收機通過在天線后加裝功率分割器來獲取數據和能量，接收到的一部分被轉換為基帶信號，經過聯合信息和能量解碼器之后，利用符號級網格恢復原始信息；另一部分進入包含獨立匹配和整流器的能量收集電路，然后儲存在電池或超級電容中。

3.根據權利要求2所述的一種面向無線數能同傳的聯合調制編碼算法，其特征在于，根據馬爾可夫建模分析得到發射機和接收機間的互信息，互信息下界為：

其中，H(x)＝-xlog₂(x)-(1-x)log₂(1-x)，π_c,k(Pr_x)為穩態概率，p_k為轉移概率，ε_b為接收機處的平均誤比特率。

4.根據權利要求3所述的一種面向無線數能同傳的聯合調制編碼算法，其特征在于，提出在互信息約束下最大化平均能量收割功率的優化問題，優化問題表示為：

優化問題：

約束條件：

其中Pr_x是輸入分布，ρ是功率分割比，P_r是平均EH功率，I_th是互信息最低閾值。

5.根據權利要求4所述的一種面向無線數能同傳的聯合調制編碼算法，其特征在于，借助二分查找算法，獲得功率分割比ρ_j，具體包括以下步驟：

A1、初始化功率分割比的上限和下限ρ_upper＝1,ρ_lower＝0，互信息I＝0；

A2、如果滿足|I-I_th|＞φ，φ為收斂閾值，則繼續步驟A3，否則直接跳到步驟A6；

A3、ρ＝(ρ_upper+ρ_lower)/2，得到互信息下界

A4、如果I＞I_th，那么ρ_lower＝ρ，否則ρ_upper＝ρ；

A5、返回步驟A2；

A6、ρ^*＝(ρ_upper+ρ_lower)/2。