基于能量收集的协作中继传输方法、系统及多天线发送端技术方案

本申请涉及一种基于能量收集的协作中继传输方法、系统及多天线发送端，所述协作中继传输方法包括：在至少包含一多天线发送端、多个中继的协作中继传输系统中，所述多天线发送端获取自身的波束形成矩阵、多个中继的功率放大系数矩阵以及功率分割系数矩阵；所述多天线发送端根据所述波束形成矩阵、所述功率放大系数矩阵和所述功率分割系数矩阵确认系统信噪比；所述多天线发送端根据所述系统信噪比发射传输包含信息/能量的信号到所述中继，以供所述中继进行信息收集和/或能量存储。本申请能够有效地解决现有技术频谱资源稀缺、传输性能不稳定、现有模型不符合实际情况等问题，更符合实际使用场景而且传输性能稳定，能够避免频谱资源稀缺的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于能量收集的协作中继传输方法、系统及多天线发送端
本申请涉及通信
，特别是涉及一种基于能量收集的协作中继传输方法、系统及多天线发送端。
技术介绍
目前无线通信技术发展越来越迅速，已经深入地渗透到人们生活中的方方面面。但对于一些能量受限的无线网络，无线设备的电池蓄电量已经成为无线技术发展的瓶颈。以无线传感网络为例，无线传感网络可以实现在特殊环境中进行数据的采集、处理和传输三种功能，应用十分广泛，如生态监测与灾害预警、基础设施状态监测以及辅助农业生产和医疗护理等。但在实际的应用中，传感器节点大都通过线缆或电池取电，由于传感器节点众多并且可能长时间放置在野外或人体内，因此通过更换电池或重新给电池充电经济成本高且不方便。为此，能量收集技术应运而生。能量收集技术是指无线设备可以从基站、电视塔以及无线热点等无线信号源中吸收并储存能量，从而保障设备在没有线缆或者电池供电的情况下依然可以持续工作，解决无线设备的续航问题。此外，稀缺的频谱资源也成为无线设备互联互通所面临的问题之一。为此，现有技术中采用协作中继技术有效地提高频谱利用率。现有的基于能量收集的协作中继传输优化方案研究大部分采用简单的三个节点的系统模型，即一个发送端、一个中继节点以及一个接收端，但实际的网络模型远比此模型复杂，而且系统中所有的设备都是单天线的，这些都可能会导致传输性能不稳定等。因此，本
还需提供一种新的协作中继传输优化方案，以解决频谱资源稀缺、传输性能不稳定、现有模型不符合实际情况等诸多问题。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题，提供一种基于能量收集的协作中继传输方法、系统及多天线发送端，能够有效地解决现有技术频谱资源稀缺、传输性能不稳定、现有模型不符合实际情况等问题，更符合实际使用场景、实用而且传输性能稳定，能够避免频谱资源稀缺的问题。一种基于能量收集的协作中继传输方法，所述协作中继传输方法包括：在至少包含一多天线发送端、多个中继的协作中继传输系统中，所述多天线发送端获取自身的波束形成矩阵、多个中继的功率放大系数矩阵以及功率分割系数矩阵；所述多天线发送端根据所述波束形成矩阵、所述功率放大系数矩阵和所述功率分割系数矩阵确认系统信噪比；所述多天线发送端根据所述系统信噪比发射传输包含信息/能量的信号到所述中继，以供所述中继进行信息收集和/或能量存储。一种基于能量收集的多天线发送端，设于在至少包含一多天线发送端、多个中继的协作中继传输系统中，所述多天线发送端包括：处理器，用于获取自身的波束形成矩阵、多个中继的功率放大系数矩阵以及功率分割系数矩阵；所述处理器，还用于根据所述波束形成矩阵、所述功率放大系数矩阵和所述功率分割系数矩阵确认系统信噪比；收发器，用于根据所述系统信噪比发射传输包含信息/能量的信号到所述中继，以供所述中继进行信息收集和/或能量存储。一种基于能量收集的协作中继传输系统，所述协作中继传输系统包括至少一多天线发送端、多个中继以及多个单天线接收端，所述多天线发送端采用上述的多天线发送端。上述基于能量收集的协作中继传输方法、系统及多天线发送端，通过架构至少包含一多天线发送端、多个中继的协作中继传输系统，其中，所述多天线发送端获取自身的波束形成矩阵、多个中继的功率放大系数矩阵以及功率分割系数矩阵，接着，所述多天线发送端根据所述波束形成矩阵、所述功率放大系数矩阵和所述功率分割系数矩阵确认系统信噪比，最终，所述多天线发送端根据所述系统信噪比发射传输包含信息/能量的信号到所述中继，以供所述中继进行信息收集和/或能量存储。通过多天线、多中继等方式，能够有效地解决现有技术频谱资源稀缺、传输性能不稳定、现有模型不符合实际情况等问题，更符合实际使用场景、实用而且传输性能稳定，能够避免频谱资源稀缺的问题。附图说明图1为一实施例中基于能量收集的协作中继传输方法的流程图；图2为一实施例中基于能量收集的多天线发送端模块示意图；图3为一实施例中基于能量收集的协作中继传输系统的架构图，其中，还显示了具体工作时所涉及的能量收集区域、信息传输区域、以及实线箭头所示的信息流和虚线箭头所示的能量流。具体实施方式在一个实施例中，请参阅图1，图1为一实施例中基于能量收集的协作中继传输方法的流程图。在本实施例中，所述协作中继传输方法包括但不限于如下几个步骤。S101，在至少包含一多天线发送端、多个中继的协作中继传输系统中，所述多天线发送端获取自身的波束形成矩阵、多个中继的功率放大系数矩阵以及功率分割系数矩阵。在S101中，多天线发送端可以为多天线的无线接入点，具体可以为无线局域网的中心点，以供其它装有无线网卡的计算机等设备通过它接入无线局域网；在具体的实施例中，可以通过多天线发送端对有线局域网络提供长距离无线连接，或对小型无线局域网络提供长距离有线连接，从而延伸网络范围。S102，所述多天线发送端根据所述波束形成矩阵、所述功率放大系数矩阵和所述功率分割系数矩阵确认系统信噪比。需要说明的是，本实施例S102的所述多天线发送端根据所述波束形成矩阵、所述功率放大系数矩阵和所述功率分割系数矩阵确认系统信噪比，系统信噪比计算公式包括但不限于：其中，W表示多天线发送端的N×N维的波束形成矩阵，B表示中继的功率放大系数矩阵，P表示中继的功率分割系数矩阵，是系统信噪比，Tr(·)表示给定矩阵的迹，D(·)表示以给定向量为对角元素的对角矩阵，gk表示中继和第k个单天线接收端之间的链路增益向量，o表示矩阵Hadamard乘积，PS表示多天线发送端的发射功率，Δ表示与给定矩阵对角元素相同的对角矩阵，H表示多天线发送端和中继之间的链路增益矩阵，η表示中继能量转换效率系数，E表示单位矩阵。需要指出的是，不难理解的是，上述系统信噪比计算公式是非凸的，即难以直接计算得到，因此，在本实施例中，所述多天线发送端根据所述波束形成矩阵、所述功率放大系数矩阵和所述功率分割系数矩阵确认系统信噪比，还可以包括：通过二分法搜索所述系统信噪比计算公式的最优系统信噪比，利用迭代最优方法求非凸的最优化的方式、求解所述系统信噪比计算公式对应的可行域。具体而言，所述通过二分法搜索所述系统信噪比计算公式的最优系统信噪比，利用迭代最优方法求非凸的最优化的方式、求解所述系统信噪比计算公式对应的可行域，具体可以包括：确定所述系统信噪比计算公式的系统信噪比的上限值和下限值分别作为系统信噪比的最大值和最小值，并取得中间值；求解以所述多天线发送端的所述波束形成矩阵、所述中继的所述功率放大系数矩阵和所述功率分割系数矩阵为变量的非凸的可行域，其中，本实施例的迭代优化公式包括：在迭代优化公式中，W表示多天线发送端的N×N维的波束形成矩阵，B表示中继的功率放大系数矩阵，P表示中继的功率分割系数矩阵，Tr(·)表示给定矩阵的迹，D(·)表示以给定向量为对角元素的对角矩阵，gk表示中继和第k个单天线接收端之间的链路增益向量，o表示矩阵Hadamard乘积，PS表示多天线发送端的发射功率，Δ表示与给定矩阵对角元素相同的对角矩阵，H表示多天线发送端和中继之间的链路增益矩阵，η表示中继能量转换效率系数，E表示单位矩阵，表示使用二分法搜索最优信噪比时的平均值。不难理解的是，通过迭代最优方法求解此优化问题可以判断上述非凸的可行域问题是否有可行解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于能量收集的协作中继传输方法，其特征在于，所述协作中继传输方法包括：在至少包含一多天线发送端、多个中继的协作中继传输系统中，所述多天线发送端获取自身的波束形成矩阵、多个中继的功率放大系数矩阵以及功率分割系数矩阵；所述多天线发送端根据所述波束形成矩阵、所述功率放大系数矩阵和所述功率分割系数矩阵确认系统信噪比；所述多天线发送端根据所述系统信噪比发射传输包含信息/能量的信号到所述中继，以供所述中继进行信息收集和/或能量存储。

【技术特征摘要】
1.一种基于能量收集的协作中继传输方法，其特征在于，所述协作中继传输方法包括：在至少包含一多天线发送端、多个中继的协作中继传输系统中，所述多天线发送端获取自身的波束形成矩阵、多个中继的功率放大系数矩阵以及功率分割系数矩阵；所述多天线发送端根据所述波束形成矩阵、所述功率放大系数矩阵和所述功率分割系数矩阵确认系统信噪比；所述多天线发送端根据所述系统信噪比发射传输包含信息/能量的信号到所述中继，以供所述中继进行信息收集和/或能量存储。2.根据权利要求1所述的协作中继传输方法，其特征在于，所述多天线发送端根据所述波束形成矩阵、所述功率放大系数矩阵和所述功率分割系数矩阵确认系统信噪比，系统信噪比计算公式包括：Δ(B)Δ(P)≤η(E-Δ(P))Tr(W)≤1andΔ(P)≤E其中，W表示多天线发送端的N×N维的波束形成矩阵，B表示中继的功率放大系数矩阵，P表示中继的功率分割系数矩阵，是系统信噪比，Tr(·)表示给定矩阵的迹，D(·)表示以给定向量为对角元素的对角矩阵，gk表示中继和第k个单天线接收端之间的链路增益向量，o表示矩阵Hadamard乘积，PS表示多天线发送端的发射功率，Δ表示与给定矩阵对角元素相同的对角矩阵，H表示多天线发送端和中继之间的链路增益矩阵，η表示中继能量转换效率系数，E表示单位矩阵。3.根据权利要求2所述的协作中继传输方法，其特征在于，所述多天线发送端根据所述波束形成矩阵、所述功率放大系数矩阵和所述功率分割系数矩阵确认系统信噪比，还包括：通过二分法搜索所述系统信噪比计算公式的最优系统信噪比，利用迭代最优方法求非凸的最优化的方式、求解所述系统信噪比计算公式对应的可行域。4.根据权利要求3所述的协作中继传输方法，其特征在于，所述通过二分法搜索所述系统信噪比计算公式的最优系统信噪比，利用迭代最优方法求非凸的最优化的方式、求解所述系统信噪比计算公式对应的可行域，具体包括：确定所述系统信噪比计算公式的系统信噪比的上限值和下限值分别作为系统信噪比的最大值和最小值，并取得中间值；求解以所述多天线发送端的所述波束形成矩阵、所述中继的所述功率放大系数矩阵和所述功率分割系数矩阵为变量的非凸的可行域，迭代优化公式包括：Δ(B)Δ(P)≤η(E-Δ(P))其中，W表示多天线发送端的N×N维的波束形成矩阵，B表示中继的功率放大系数矩阵，P表示中继的功率分割系数矩阵，Tr(·)表示给定矩阵的迹，D(·)表示以给定向量为对角元素的对角矩阵，gk表示中继和第k个单天线接收端之间的链路增益向量，o表示矩阵Hadamard乘积，PS表示多天线发送端的发射功率，Δ表示与给定矩阵对角元素相同的对角矩阵，H表示多天线发送端和中继之间的链路增益矩阵，η表示中继能量转换效率系数，E表示单位矩阵，表示使用二分法搜索最优信噪比时的平均值。5.根据权利要求4所述的协作中继传输方法，其特征在于，所述迭代优化公式的处理方式具体包括：固定P值和W值，用Matlab凸优化CVX工具得到B的最优值；使用P值和得到的B值，用CVX工具求W的最优值；使用得到的B值和W值，用CVX工具求最优的P值，按此依次迭代求解最优的B、W及P值，直到相邻两次迭代得到的最优的W值的差值相差在指定范围内，停止迭代。6.根据权利要求5所述的协作中继传输方法，其特征在于，所述按此依次迭代求解最优的B、W及P值，直到相邻两次迭代得到的最优的W值的差值相差在指定范围内，停止迭代，具体包括：如果没有可行的W值、或有可行的W值但W的迹大于1，则判断所述迭代优化公式的非凸的可行域问题没有可行解，并将系统信噪比的中间值赋值给系统信噪比的最大值，进入下一次二分法搜索；如果有可行的W值且W的迹小于等于1，则判断所述迭代优化公式的非凸的可行域问题有可行解，将系统信噪比的中间值赋值给系统信噪比的最小值，进入下一次二分法搜索；直至两次二分法搜索得到的系统信噪比的中间值相差的差值达到预设值，得到最优的所述波束形成矩阵、所述中继的所述功率放大系数矩阵和所述功率分割系数矩阵的值、以及系统信噪比，并结束循环。7.一种基于能量收集的多天线发送端，设于在至少包含...

【专利技术属性】
技术研发人员：米悦，龚世民，黄晓霞，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44