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无线供能MIMO中继系统中的功率分配方法及无线供能MIMO中继系统技术方案

技术编号:18240333 阅读:37 留言:0更新日期:2018-06-17 04:59
本发明专利技术实施例提供一种无线供能MIMO中继系统中的功率分配方法及无线供能MIMO中继系统。所述无线供能MIMO中继系统中的功率分配方法包括:将所述无线供能MIMO中继系统的第一信道矩阵及第二信道矩阵进行分解,以得到第一信道矩阵对应的第一对角矩阵和第二信道矩阵对应的第二对角矩阵;使用第一对角矩阵及第二对角矩阵表示所述源节点与所述中继节点中传输信息对应的第二预编码矩阵及中继节点与所述目的节点中传输信息对应的第三预编码矩阵,得到第二预编码矩阵对应的第一影响因子和得到第三预编码矩阵对应的第二影响因子;计算所述第一影响因子及第二影响因子,以通过所述第一影响因子及第二影响因子对所述无线供能MIMO中继系统的功率进行分配。 1

Power allocation method in wireless power MIMO relay system and wireless energy MIMO relay system

The embodiment of the invention provides a power distribution method in wireless energy MIMO relay system and a wireless energy supply MIMO relay system. The power allocation method in the wireless energy supply MIMO relay system includes: decomposing the first channel matrix and the two channel matrix of the wireless energy supply MIMO relay system to obtain the first diagonal matrix corresponding to the first channel matrix and the second diagonal matrix corresponding to the second channel matrix; use the first diagonal matrix and the first two. The diagonal matrix represents the second precoding matrix corresponding to the transmission information in the relay node and the third precoding matrix corresponding to the transmission information in the destination node, and obtains the first influence factor corresponding to the second precoding matrix and the second influence factor corresponding to the third precoding matrix; The first influence factor and the two influence factor are calculated to allocate the power of the wireless energy supply MIMO relay system by the first influence factor and the two influence factor. One

【技术实现步骤摘要】
无线供能MIMO中继系统中的功率分配方法及无线供能MIMO中继系统
本专利技术涉及数据传输
,具体而言,涉及一种无线供能MIMO中继系统中的功率分配方法及无线供能MIMO中继系统。
技术介绍
无线传感网络(WSN)在智能交通和环境监测中有许多成功的应用。然而,WSN是由有限寿命电池供电的能量约束网络。虽然更换电池可以延长WSN的寿命,但是会存在与之俱来的高额花销。此外在很多情况中,由于物理环境的约束,更换电池是很难以实现的。比方说,有时候传感器是被嵌入建筑结构中甚至是在人体内。因此,WSN中能量采集(EH)是极具吸引力的,也就是说能量可以从外部环境中获得。常见的EH技术主要依赖自然资源(如太阳能、风能),但存在着能量难以控制的局限性。因此,这些技术在实际应用中难以实现。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术实施例的目的在于提供一种无线供能MIMO中继系统中的功率分配方法及无线供能MIMO中继系统。本专利技术实施例提供的一种无线供能MIMO中继系统中的功率分配方法,应用于无线供能MIMO中继系统,所述无线供能MIMO中继系统包括:源节点、中继节点及目的节点;所述无线供能MIMO中继系统中的功率分配方法包括:将所述无线供能MIMO中继系统的源节点与所述中继节点之间的第一信道矩阵进行分解,以得到第一信道矩阵对应的第一对角矩阵;将所述无线供能MIMO中继系统中继节点与所述目的节点之间的第二信道矩阵进行分解,以得到第二信道矩阵对应的第二对角矩阵;使用第一对角矩阵及第二对角矩阵表示所述源节点与所述中继节点中传输信息对应的第二预编码矩阵,得到第二预编码矩阵对应的第一影响因子;使用第一对角矩阵及第二对角矩阵表示所述中继节点与所述目的节点中传输信息对应的第三预编码矩阵,得到第三预编码矩阵对应的第二影响因子;根据第一影响因子及第二影响因子得到所述第一影响因子及第二影响因子计算得到的优化公式;将所述优化公式中的第一影响因子及第二影响因子使用约束因子表示,得到所述约束因子对应的影响公式;根据所述影响公式与源节点的标称功率的关系计算得到所述优化约束因子,以通过所述优化约束因子对所述无线供能MIMO中继系统的功率进行分配。本专利技术实施例还提供一种无线供能MIMO中继系统,所述无线供能MIMO中继系统包括:源节点、中继节点及目的节点;所述无线供能MIMO中继系统按照上述的无线供能MIMO中继系统中的功率分配方法分配功率。与现有技术相比,本专利技术实施例的无线供能MIMO中继系统中的功率分配方法及无线供能MIMO中继系统,通过由源节点传输能量给中继节点可以避免现有技术中的中继节点可能采集不到自然能源而导致不能正常工作的可能;另外,通过设置所述第一信道矩阵和第二信道矩阵对所述源节点的能量传输、信息传输以及中继节点对信息的传输进行功率分配,可以使无线供能MIMO中继系统的能量最合理的利用。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术较佳实施例提供的无线供能MIMO中继系统的示意图。图2为本专利技术较佳实施例提供的无线供能MIMO中继系统中的功率分配方法的流程图。图3为本专利技术较佳实施例提供的无线供能MIMO中继系统中的功率分配方法的步骤S106的详细流程示意图。图4为本专利技术较佳实施例提供的无线供能MIMO中继系统中的功率分配方法的步骤S107的详细流程示意图。图5为本专利技术较佳实施例提供的无线供能MIMO中继系统中的功率分配方法中时间切换因子计算方法的详细流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围,而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时,在本专利技术的描述中,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。本申请实施例为了克服传统EH技术的局限性,因此需要一种新的无线信息能量同步传输(SWIET)的技术替换之前的自然能源的采集技术。通过SWIET技术,无线电频率(RF)信号可以不仅只是传输信息也可以用来传输能量,从而对WSN和移动用户提供了良好的便利性。与现有依靠自然资源的EH技术相比,SWEIT技术是一种更具前景和可靠性的选择。本申请实施例提供一种无线供能MIMO中继系统,如图1所示,所述无线供能MIMO中继系统包括源节点100、中继节点200及目的节点300。所述源节点100在中继节点200的帮助下将信息传递至目的节点300。源节点100安装有天线Ns。中继节点200安装有天线Nr。目的节点安装有天线Nd。本申请实施例中源节点100存在自供能源,所述中继节点200接收源节点100通过的RF传输的能量供能。具体地,在单个通信周期中含有两个阶段。在源阶段,携带能量和承载信息的信号从源节点100传输至中继节点200。在中继阶段,中继节点200接收到的信息信号被线性预编码并传输至目的节点300。本实施例中采用时间切换协议用于在源节点阶段的能量采集和信息传输。在本实施例中的协议中,单个通信周期的全部时间T被分成三个时间间隔。在第一个时间间隔中,能量从源节点100传输至中继节点200共花费持续时间αT,其中,0<α<1表示时间切换因子(TS因子)。在第二个时间间隔中,信息信号从源节点100传输至中继节点200需花费时间(1-α)T/2。在中继节点接收到的信息信号传输至目的节点需花费时间为(1-α)T/2。为了便于展示,此后T均设为T=1。在第一个时间间隔中,N1×1的携带能量信号向量s1(t)在源节点被预编码为Ns×N1的第一预编码矩阵B1并传输至中继节点200。假设其中E{·}表示统计期望,In表示n×n的单位矩阵,(·)H表示厄密共轭转置。在中继节点接收到的信号向量可写为:yr(t)=HB1s1(t)+vr(t),0≤t≤α;其中,H是一个Nr×Ns的在源和中继节点之间的MIMO第一信道矩阵,yr(t)和vr(t)分别为在中继节点200的接收信号和高斯噪声向量。在中继节点200采集到vr(t)的RF能量与接收到的信号成比例关系,可写为下式:其中tr(·)表示矩阵的迹,0≤η≤1为能量转换效率,与[2]相似,我们将之设为η=1。在第二个时间间隔中,一N2×1承载信息信号向量s2(t)在源节点被预编码为Ns×N2的第二预编码矩阵B2并传输至中继节点,其中在中继节点本文档来自技高网...
无线供能MIMO中继系统中的功率分配方法及无线供能MIMO中继系统

【技术保护点】
1.一种无线供能MIMO中继系统中的功率分配方法,其特征在于,应用于无线供能MIMO

【技术特征摘要】
1.一种无线供能MIMO中继系统中的功率分配方法,其特征在于,应用于无线供能MIMO中继系统,所述无线供能MIMO中继系统包括:源节点、中继节点及目的节点;所述无线供能MIMO中继系统中的功率分配方法包括:将所述无线供能MIMO中继系统的源节点与所述中继节点之间的第一信道矩阵进行分解,以得到第一信道矩阵对应的第一对角矩阵;将所述无线供能MIMO中继系统中继节点与所述目的节点之间的第二信道矩阵进行分解,以得到第二信道矩阵对应的第二对角矩阵;使用第一对角矩阵及第二对角矩阵表示所述源节点与所述中继节点中传输信息对应的第二预编码矩阵,得到第二预编码矩阵对应的第一影响因子;使用第一对角矩阵及第二对角矩阵表示所述中继节点与所述目的节点中传输信息对应的第三预编码矩阵,得到第三预编码矩阵对应的第二影响因子;根据第一影响因子及第二影响因子得到所述第一影响因子及第二影响因子计算得到的优化公式;将所述优化公式中的第一影响因子及第二影响因子使用约束因子表示,得到所述约束因子对应的影响公式;根据所述影响公式与源节点的标称功率的关系计算得到所述优化约束因子,以通过所述优化约束因子对所述无线供能MIMO中继系统的功率进行分配。2.如权利要求1所述的无线供能MIMO中继系统中的功率分配方法,其特征在于,所述根据第一影响因子及第二影响因子得到所述第一影响因子及第二影响因子计算得到的优化公式的步骤包括:将所述第一影响因子作为第一变量集X,将第一影响因子、第二影响因子及第一对角矩阵计算形成第二变量集Y;所述优化公式可表示为:其中,X=[x1,…,xN2]T;Y=[y1,…,yN2]T;ai表示第一对角矩阵中第i个对角元素;bi表示第一对角矩阵中第i个对角元素与第二对角矩阵的第i个对角元素的乘积。3.如权利要求2所述的无线供能MIMO中继系统中的功率分配方法,其特征在于,将所述优化公式中的第一影响因子及第二影响因子使用约束因子表示,得到所述约束因子对应的影响公式的步骤包括:所述第一变量集中的元素与第二变量集中的对应位置的元素之和形成所述约束因子;所述影响公式表示为:其中,pi表示约束因子中的第i个元素。4.如权利要求3所述的无线供能MIMO中继系统中的功率分配方法,其特征在于,所述根据所述影响公式与源节点的标称功率的关系计算得到所述优化约束因子,以通过所述优化约束因子对所述无线供能MIMO中继系统的功率进行分配的步骤包括:根据所述影响公式与源节点的标称功率的关系得到表达式为:其中,pi=yi+xi,pi≥0,i=1,2,3,...,N2,Pα表示在α的作用下的源节点的标称功率,α表示时间切换因子;引入拉格朗日乘子得到计算公式:其中,μ≥0表示拉格朗日乘子;对所述计算公式进行求导数后进行变形,得到关于拉格朗日乘子的等式:根据上述关于拉格朗日乘子的等式计算优化得到拉格朗日乘子;根据所述最优拉格朗日乘子计算得到优化约束因子,以通过所述优化约束因子对所述无线供能MIMO中继系统的功率进行分配。5.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员:李彬曹函宇郭小龙谭元
申请(专利权)人:四川大学
类型:发明
国别省市:四川,51

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