EH分布式基站系统的能量共享和功率分配方法技术方案

本发明专利技术公开了一种EH分布式基站系统的能量共享和功率分配方法。定义：

【技术实现步骤摘要】
EH分布式基站系统的能量共享和功率分配方法
本专利技术涉及无线通信
，具体涉及无线EH网络中分布式基站系统的资源共享与功率分配方法。
技术介绍
从可再生能源如太阳能、风能、热能和射频(radiofrequency,RF)能中获得能量的能量收集(energyharvesting,EH)技术可以驱动通信设备和网络，为实现绿色通信展现了光明的前景。分布式基站通常由基带处理单元和远程天线单元(也称为射频处理单元)组成，相对于传统基站具有更高的容量和更好的覆盖性能。无线EH网络中有关分布式基站组网的技术成果鲜见，已经公开的一种分布式基站架构，MIMO分布式天线系统通过任意分布的远程天线单元实现在下行链路上的无线信息与功率同传，远程天线单元采用EH技术，并可与智能电网交易收集的能量，进行双向的能量流动。但是这种架构的缺点是不能实现远程天线单元收集的能量在系统内部的共享和功率的最佳分配，对智能电网的依赖程度较高，提高了系统使用成本。
技术实现思路
本专利技术所提供的EH分布式基站系统能量共享和功率分配方法，可以实现EH分布式基站系统的收集能量在分布式基站系统内部的共享，如远程天线单元和基带处理单元之间的共享，同时在尽量减小智能电网供电的前提下，获得优化的功率分配，提高系统传输速率；并且通过优先使用收集的能量，可以降低对智能电网的依赖程度和分布式基站系统的使用成本。本专利技术包括至少由基带处理单元、远程天线单元与能量共享池构建的EH分布式基站系统。定义远程天线单元i的发送功率为pi，pi＝Ei+Di-Ci，Ei是远程天线单元i的能量收集速率，Di是能量共享池传输的能量到达远程天线单元i时的能量速率，Ci是远程天线单元i处传输给能量共享池的能量速率，N为远程天线单元数量；。定义基带处理单元的发送功率为pb，pb＝Eb+Db-Cb，Eb是基带处理单元的能量收集速率，Db是能量共享池传输的能量到达基带处理单元时的能量速率，Cb是基带处理单元处传输给能量共享池的能量速率。所述能量共享池与智能电网之间的能源交易状态Q为：所述智能电网、基带处理单元、远程天线单元与能量共享池之间的能源共享状态S为：其中：ηG是智能电网与能量共享池之间的能量传输效率，ηB是基带处理单元与能量共享池之间的能量传输效率，ηi是远程天线单元i与能量共享池之间的能量传输效率，Gs是智能电网传输的能量到达能量共享池时的能量速率，Fs是能量共享池处传输给智能电网的能量速率；所述EH分布式基站系统的能量共享和功率分配通过求解以下优化问题获得：其中：gi为M×1维信道向量,M为单个远程天线单元配置的天线数量；giH表示对gi进行共轭转置运算；wi为远程天线单元i的波束成形列向量，其长度为M且||wi||2＝1。附图说明图1是EH分布式基站系统示意图。具体实施方式系统模型如图1所示，图中所示的信息与能量双向传输链路包括有线或无线信息传输双向链路和有线或无线能量传输双向链路，所示的电网为智能电网，一个分布式基站系统包括了一个基带处理单元、各配置M(M＞1)根天线的N(N＞1)个远程天线单元、一个能量共享池、能量共享池与基带处理单元之间的传输链路和接口、远程天线单元与基带处理单元之间的传输链路和接口、远程天线单元与能量共享池之间的传输链路和接口、分布式基站与智能电网设备之间的传输链路与接口等，基带处理单元和远程天线单元均具备能量收集能力。智能电网至少具备向能量共享池提供电能的功能。能量共享池至少具备以下功能：(1)存储来自智能电网、基带处理单元、远程天线单元的能量；(2)向分布式基站的基带处理单元、远程天线单元提供能量；(3)向智能电网供应能量。智能电表至少具备以下功能：(1)智能电网和能量共享池的电能双向交易通过智能电表完成；(2)对分布式基站系统与智能电网之间的电力交易进行计数计价。设远程天线单元i的发送功率为pi，则pi＝Ei+Di-Ci。其中：0≤pi≤pi,max，pi,max为远程天线单元i的功率限制；远程天线单元i的能量收集速率为Ei，Ei≥0；能量共享池传输的能量到达远程天线单元i时的能量速率Di，0≤Di≤Di,max，Di,max为能量共享池传输的能量到达远程天线单元i时的最大能量速率；远程天线单元i处传输给能量共享池的能量速率为Ci，Ci≥0。设基带处理单元的发送功率为pb，则pb＝Eb+Db-Cb。其中：0≤pb≤pb,max，pb,max为基带处理单元的功率限制；基带处理单元的能量收集速率为Eb；能量共享池传输的能量到达基带处理单元时的能量速率为Db,0≤Db≤Db,max，Db,max为能量共享池传输的能量到达基带处理单元时的最大能量速率；基带处理单元处传输给能量共享池的能量速率为Cb，Cb≥0。设Q为智能电网与能量共享池之间的能源交易状态，为了尽量减少购买智能电网的能量，要求Q≥0。其中：ηG为智能电网与能量共享池之间的能量传输效率；Gs为智能电网传输的能量到达能量共享池时的能量速率,Gs≥0；Fs为能量共享池处传输给智能电网的能量速率,Fs≥0。设S为智能电网、基带处理单元、远程天线单元与能量共享池之间的能源共享状态，由于能量共享池中的能量来自基带处理单元和远程天线单元收集的能量且存储空间有限，因此要求0≤S≤Smax。其中：ηB为基带处理单元与能量共享池之间的能量传输效率；ηi为远程天线单元i与能量共享池之间的能量传输效率；Smax为能量共享池的最大存储状态。于是，EH分布式基站系统的能量共享和功率分配通过求解以下优化问题获得：其中：N为远程天线单元数量；gi为M×1维信道向量,M为单个远程天线单元配置的天线数量；giH表示对gi进行共轭转置运算；wi为远程天线单元i的波束成形列向量，其长度为M且||wi||2＝1。本专利技术有益的应用场景：(1)不依赖电网的应用场景。在此场景中，分布式基站系统仅仅依靠自身收集的能量提供电力驱动。各远程天线单元除了收集能量驱动自身工作外，将多余的电能传输到能量共享池，基带处理单元除了收集能量驱动自身工作外，也将多余的电能传输到能量共享池。由于无线环境的随机性，当部分远程天线单元和/或基带处理单元收集的能量不足以使设备正常工作时，能量共享池向需求电能的远程天线单元和/或基带处理单元输送电能。(2)优先使用收集能量的应用场景。在此场景中，分布式基站系统优先使用自身收集的能量提供电力驱动。各远程天线单元除了收集能量驱动自身工作外，将多余的电能传输到能量共享池，基带处理单元除了收集能量驱动自身工作外，也将多余的电能传输到能量共享池。由于无线环境的随机性，当部分远程天线单元和/或基带处理单元收集的能量不足以使设备正常工作时，首先由能量共享池向需求电能的远程天线单元和/或基带处理单元输送电能，其次由电网向能量共享池输送电能，能量共享池接着向基带处理单元和/或远程天线单元输送电能；电网也可以直接向基带处理单元输送电能。(3)向电网供应电能的场景。在此场景中，当基带处理单元和/或远程天线单元收集的能量除了保证自身正常工作外，多余的电能输送给能量共享池，还能输送给电网。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种EH分布式基站系统的能量共享和功率分配方法，包括至少由基带处理单元、远程天线单元与能量共享池构建的EH分布式基站系统；定义远程天线单元i的发送功率为pi，pi＝Ei+Di‑Ci，0≤pi≤pi,max，pi,max为远程天线单元i的功率限制，Ei是远程天线单元i的能量收集速率，Di是能量共享池传输的能量到达远程天线单元i时的能量速率，0≤Di≤Di,max，Di,max为能量共享池传输的能量到达远程天线单元i时的最大能量速率，Ci是远程天线单元i处传输给能量共享池的能量速率，

【技术特征摘要】
1.一种EH分布式基站系统的能量共享和功率分配方法，包括至少由基带处理单元、远程天线单元与能量共享池构建的EH分布式基站系统；定义远程天线单元i的发送功率为pi，pi＝Ei+Di-Ci，0≤pi≤pi,max，pi,max为远程天线单元i的功率限制，Ei是远程天线单元i的能量收集速率，Di是能量共享池传输的能量到达远程天线单元i时的能量速率，0≤Di≤Di,max，Di,max为能量共享池传输的能量到达远程天线单元i时的最大能量速率，Ci是远程天线单元i处传输给能量共享池的能量速率，N为远程天线单元数量；定义基带处理单元的发送功率为pb，pb＝Eb+Db-Cb，0≤pb≤pb,max，pb,max为基带处理单元的功率限制，Eb是基带处理单元的能量收集速率，Db是能量共享池传输的能量到达基带处理单元时的能量速率，0≤Db≤Db,max，Db,max为能量共享池传输...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖琨，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：发明
国别省市：广西,45