用于多節(jié)點數(shù)據(jù)與能量同時無線傳輸?shù)南滦胁ㄊx形方法
【專利摘要】用于多節(jié)點數(shù)據(jù)與能量同時無線傳輸?shù)南滦胁ㄊx形方法，本發(fā)明通過發(fā)送端首先獲得所有希望接收信息的節(jié)點反饋的信道矢量，之后建立以加權(quán)和能量為優(yōu)化目標(biāo)的優(yōu)化模型，若問題不可解則舍棄最差用戶。迭代優(yōu)化波束賦形矢量及功率分配因子，與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明對下行波束賦形與功率分配因子進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，并通過一系列轉(zhuǎn)化，將問題轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化問題從而利用凸優(yōu)化方法進(jìn)行簡單有效的進(jìn)行求解，降低了算法復(fù)雜度。多節(jié)點無線通信系統(tǒng)使用本發(fā)明提出的波束賦形方法可以在保證各個節(jié)點服務(wù)質(zhì)量的情況下有效地提升通過無線信號轉(zhuǎn)化的能量。
【專利說明】用于多節(jié)點數(shù)據(jù)與能量同時無線傳輸?shù)南滦胁ㄊx形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于多節(jié)點數(shù)據(jù)與能量同時無線傳輸?shù)南滦胁ㄊx形方法，屬于無線通信領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等能量受限并且需要通過電池供電的系統(tǒng)來說，發(fā)展相對滯后的電池技術(shù)已經(jīng)成為限制其應(yīng)用的主要障礙之一。并且在某些場景下，更換電池的代價也相對較高，例如植入體內(nèi)用于監(jiān)測體征的無線體域網(wǎng)。而近年來新興的通過無線方式進(jìn)行能量傳輸?shù)募夹g(shù)為這一問題的解決提供了可能性。因為發(fā)送端發(fā)送的無線信號中不僅攜帶有信息，同時信號本身也蘊(yùn)含了一部分能量，通過在接收節(jié)點放置的能量轉(zhuǎn)化器就可以將能量從無線信號中提取出來，從而在信息解碼的同時獲取能量用于節(jié)點的運(yùn)行。
[0003]為了更好地利用無線頻譜資源，MMO技術(shù)已經(jīng)得到廣泛研究。在傳統(tǒng)僅進(jìn)行信息傳輸MMO系統(tǒng)中，發(fā)送端根據(jù)信道狀態(tài)信息進(jìn)行下行波束賦形發(fā)送已經(jīng)得到廣泛研究，但是用MMO進(jìn)行信息和能量同時傳輸?shù)牟ㄊx形技術(shù)還沒有被廣泛研究。目前，提出的MMO系統(tǒng)信息和能量同時傳輸?shù)南滦胁ㄊx形方案主要有以下幾個:
[0004]方案一是R.Zhang在如下文獻(xiàn)中提出的:
[0005]R.Zhang and C.K.Ho，"ΜΙΜΟ Broadcasting for Simultaneous WirelessInformation and Power Transfer, 〃IEEE Transactions on Wireless Communications, v
ol.12，pp.1989-2001，2013.[0006]該方案考慮了兩用戶下行傳輸中的能量與信息量之間的關(guān)系，但場景比較特殊，并且要求一個用戶接收信息，一個用戶接收能量，沒有利用能量和信息可以同時進(jìn)行傳輸?shù)膬?yōu)勢。
[0007]方案二是J.Xu等人在如下`文獻(xiàn)中所提出:
[0008]J.Xuj L.Liuj and R.Zhang，"Multiuser MISO beamforming for simultaneouswireless information and power transfer, ^arXiv preprint arXiv:1303.1911, 2013.[0009]該方案討論了多用戶信息與能量同時傳輸時的波束賦形問題，將用戶分為接收信息的用戶及接收能量的用戶，也沒有利用能量和信息可以同時進(jìn)行傳輸?shù)膬?yōu)勢。
[0010]方案三是Z.Xun等人在如下文獻(xiàn)中所提出:
[0011]Z.Xunj Z.Ruij and H.Chin Keong，"Wireless information and powertransfer:Architecture design and rate-energy tradeoff，〃in2012IEEE GlobalCommunications Conference (GL0BEC0M)，2012，pp.3982-3987.[0012]該方案考慮到實際系統(tǒng)硬件設(shè)備的限制，提出了一種從信號中同時提取信息及能量的方案，也即將信號分為兩部分，一部分進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化另一部分用于信息的解碼及檢測，但沒有對最優(yōu)的分配因子進(jìn)行討論。
[0013]方案四是L.Liu等人在如下文獻(xiàn)中所提出:
[0014]L.Liuj R.Zhang, and K._C.Chua，"Wireless Information and Power Transfer:ADynamic Power Splitting Approach, ^arXiv preprint arXiv:1302.0585, 2013.[0015]該方案討論了單用戶場景下最優(yōu)的功率分配方案，但沒有考慮多用戶的場景。
[0016]對現(xiàn)有的這四個方案進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的方法沒有考慮多用戶場景下的下行波束賦形與動態(tài)能量分配的聯(lián)合優(yōu)化問題。
[0017]本發(fā)明根據(jù)所提出的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，給出了復(fù)雜性低、性能較好的MIMO系統(tǒng)下行波束賦形方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本發(fā)明針對【背景技術(shù)】中的問題設(shè)計了一種用于多節(jié)點數(shù)據(jù)與能量同時無線傳輸?shù)南滦胁ㄊx形方法，其目的在于:通過，在發(fā)送端能獲得各個節(jié)點下行信道信息的條件下，提出了一種低復(fù)雜度的波束賦形方法，用以保證各個節(jié)點服務(wù)質(zhì)量的同時盡可能多地將多余信號轉(zhuǎn)化為各個節(jié)點的能量。
[0019]本發(fā)明技術(shù)解決方案:
[0020]用于多節(jié)點數(shù)據(jù)與能量同時無線傳輸?shù)南滦胁ㄊx形方法，其特征在于:包括如下步驟:
[0021]一:發(fā)送端獲得所有希望接收信息的節(jié)點的信道矢量；
[0022]二:在滿足各個接收節(jié)點服務(wù)質(zhì)量以及發(fā)送端的最大發(fā)送功率約束的條件下，建立以加權(quán)和能量為優(yōu)化目標(biāo)的優(yōu)化模型；
[0023]三:進(jìn)行可解性分析，若原問題可解則進(jìn)行迭代優(yōu)化，否則舍棄最差用戶直至問題可解；
[0024]四:對步驟三中的可解問題進(jìn)行迭代求解；
[0025]五:結(jié)果輸出得到最終的波束賦形矢量及功率分配因子。
[0026]所述步驟一的信道矢量具體包括Ii1,…，hK，其中比=(hn,…，hiM)表示發(fā)送端與第i個接收節(jié)點之間的信道矢量，hu表示發(fā)送端第j根天線與第i個接收節(jié)點之間的信道衰落系數(shù)，K表示所有接收信息總的用戶數(shù)，M表示發(fā)送端的發(fā)送天線數(shù)。
[0027]所述步驟二中優(yōu)化模型具體公式為:
[0028]
【權(quán)利要求】
1.用于多節(jié)點數(shù)據(jù)與能量同時無線傳輸?shù)南滦胁ㄊx形方法，其特征在于:包括如下步驟: 一、發(fā)送端獲得所有希望接收信息的節(jié)點的信道矢量； 二、在滿足各個接收節(jié)點服務(wù)質(zhì)量以及發(fā)送端的最大發(fā)送功率約束的條件下，建立以加權(quán)和能量為優(yōu)化目標(biāo)的優(yōu)化模型； 三、進(jìn)行可解性分析，若原問題可解則進(jìn)行迭代優(yōu)化，否則舍棄最差用戶直至問題可解； 四、對步驟三中的可解問題進(jìn)行迭代求解； 五、結(jié)果輸出得到最終的波束賦形矢量及功率分配因子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多節(jié)點數(shù)據(jù)與能量同時無線傳輸?shù)南滦胁ㄊx形方法，其特征在于:所述步驟一的信道矢量表示發(fā)送端與第i個接收節(jié)點之間的信道矢量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于多節(jié)點數(shù)據(jù)與能量同時無線傳輸?shù)南滦胁ㄊx形方法，其特征在于:信道矢量包括如下參數(shù):發(fā)送端第j根天線與第i個接收節(jié)點之間的信道衰落系數(shù)、所有接收信息總的用戶數(shù)以及發(fā)送端的發(fā)送天線數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多節(jié)點數(shù)據(jù)與能量同時無線傳輸?shù)南滦胁ㄊx形方法，其特征在于:步驟二中建立的問題可解，則將問題轉(zhuǎn)化為二階錐規(guī)劃問題從而利用凸優(yōu)化工具進(jìn)行求解，將得到的最優(yōu)解。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于多節(jié)點數(shù)據(jù)與能量同時無線傳輸?shù)南滦胁ㄊx形方法，其特征在于:所述步驟四包括如下步驟:1)、初始化； 2)、固定波束賦形矢量來優(yōu)化功率分配因子； 3)、固定功率分配因子來優(yōu)化波束賦形矢量； 4)、判斷迭代是否繼續(xù)。
【文檔編號】H04B7/06GK103716082SQ201410033856
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月24日
【發(fā)明者】戴建新, 趙君喜, 倪振杰, 李陽, 周軍, 祁杰, 梁經(jīng)緯, 劉帥 申請人:戴建新