无线携能通信收发机模型获得方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种无线携能通信收发机模型获得方法和装置，该方法包括：根据用户节点的信息解码模块接收信号的最小均方误差和信道容量获得无线携能通信收发机模型的目标函数；根据基站的发射信号获得基站的发射功率；根据基站发送给能量接收模块的信号，获得用户节点的接收信号；根据目标函数、基站的发射功率和用户节点的接收信号获得无线携能通信收发机的第一系统模型。本发明专利技术提供的无线携能通信收发机模型获得方法和装置，获得并优化了无线携能通信系统的基站和用户收发机模型，提高了无线携能通信系统的通信质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种无线携能通信收发机模型获得方法和装置。
技术介绍
随着无线通信技术的快速发展，无线通信网络中的设备对能源的消耗越来越大，由于无线携能通信(SimultaneousInformationandPowerTransfer，简称SWIPT)用同一个无线载波来同时传输信息和能量，基站等节点在受限的能量之下，不仅为所覆盖范围内的节点传输信息，而且为用户节点进行微波充能，使得移动终端能够减少对电池容量的依赖，实现高效可靠通信，因此无线携能通信得到广泛应用。目前，无线携能通信主要研究的场景为在通信系统中，尤其是应用在多小区多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output，简称MIMO)系统中，在目前的MIMO系统中，主要是根据用户节点之间点到点的信息传输过程获得系统信道信息，根据系统信道信息建立接收机和发射机(以下统称收发机)的模型，根据该模型，设计与该系统信道信息匹配的收发机。然而，无线携能通信的接收段和发射段加入了能量的收发机，采用目前的MIMO系统中获得的系统信道信息只是考虑了用户节点之间的信息传输过程，并没有考虑能量的传输，因此，收发机获得的系统信道信息与真实的信道信息之间存在一定的误差，降低了系统的通信质量。
技术实现思路
本专利技术提供一种无线携能通信收发机模型获得方法和装置，提高了无线携能通信系统的通信质量。本专利技术第一方面提供的无线携能通信收发机模型获得方法，包括：根据用户节点的信息解码模块接收信号的最小均方误差和信道容量获得无线携能通信收发机模型的目标函数；根据基站的发射信号获得所述基站的发射功率；根据所述基站发送给能量接收模块的信号，获得用户节点的接收信号；根据所述目标函数、所述基站的发射功率和所述用户节点的接收信号获得无线携能通信收发机的第一系统模型。本专利技术第二方面提供的无线携能通信收发机模型获得装置，包括：目标函数获取模块，用于根据用户节点的信息解码模块接收信号的最小均方误差和信道容量获得无线携能通信收发机模型的目标函数；发射功率获取模块，用于根据基站的发射信号获得所述基站的发射功率；接收信号获取模块，用于根据所述基站发送给能量接收模块的信号，获得用户节点的接收信号；第一系统模型获取模块，用于根据所述目标函数、所述基站的发射功率和所述用户节点的接收信号获得无线携能通信收发机的第一系统模型。其中，所述无线携能通信收发机模型的目标函数为：mingik,Wik,FrkΣk=1KΣi=1Ikαik(Tr(WikEik)-logdet(Wik));]]>所述无线携能通信收发机的第一系统模型为：mingik,Wik,FrkΣk=1KΣi=1Ikαik(Tr(WikEik)-logdet(Wik))s.tTr[Frk(ΣiIkGikkfikfikHGikkH+σ2I)FrkH]≤PkTr(DikkFrk(ΣlIkGlkkflkflkHGlkkH+σ2I)FrkHDikkH)≥Pc]]>其中，表示用户节点ik的信号解码矩阵，表示用户节点ik的均方误差MSE的加权系数，Frk表示基站的波束赋形矩阵，表示矩阵Frk的转置，表示用户节点ik在系统信道容量中所占的比重，表示用户节点ik的ID接收信号的最小均方误差，Tr表示矩阵的秩，det表示行列式，k表示每个小区的基站，k＝1,2,...,K，K表示基站覆盖的小区的数量，ik表示基站k中的第i个用户节点，ik＝1,2,...,Ik，Ik表示基站覆盖的小区包含的用户节点的数量，s.t表示所述目标函数的约束条件，lk表示基站k中的第l个用户节点，Pk表示基站发射功率，Pc表示EH的充能门限，表示ID到基站的信道，表示矩阵的转置，表示基站到ID的信道，表示矩阵的转置，表示ID的波束赋形，表示矩阵的转置，σ表示信道的标准差，I表示单位矩阵。本专利技术实施例提供的无线携能通信收发机模型获得方法和装置，提出了多小区多输入多输出无线携能通信系统的信道模型，将无线携能通信系统中的最大信道容量与最小均方差误差相结合，获得并优化了无线携能通信系统的基站和用户收发机模型，提高了无线携能通信系统的通信质量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的多小区多输入多输出无线携能通信系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例一提供的无线携能通信收发机模型获得方法的流程图；图3为本专利技术实施例提供的系统最小MSE的仿真结果示意图；图4为本专利技术实施例提供的最大信道容量的仿真结果示意图；图5为图4仿真结果的局部放大示意图；图6为本专利技术实施例一提供的无线携能通信收发机模型获得装置的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，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，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。通信系统一般由基站、中继和用户节点等组成，要实现用户节点相互之间的点对点通信，用户节点需要先将信号上行至中继或者基站，再由中继或者基站下行到对端的接收机，将用户节点上行至中继或者基站的链路可以称为上行链路，将中继或者基站下行到接收机的链路可以称为下行链路。图1为本专利技术实施例提供的多小区多输入多输出无线携能通信系统的结构示意图。如图1所示，节点一与节点二进行通信时，需要经过小区一的基站来实现。本专利技术实施例中假设小区数量为K，每个小区都有且只有一个基站，以k(k＝1,2,…,K)代替，其中每个基站包含M根天线，并且所覆盖的小区包含Ik个用户节点，每个用户节点都包含一个能量接收模块(EnergyHarvesting，简称EH)和一个信息解码模块(InformationDecoding，简称ID)，令第k个小区的用户节点为ik(ik＝1,2,...,Ik)，每个用户节点的EH和ID都分别包含NEH和NID根天线。图2为本专利技术实施例一提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线携能通信收发机模型获得方法，其特征在于，包括：根据用户节点的信息解码模块ID接收信号的最小均方误差和信道容量获得无线携能通信收发机模型的目标函数；根据基站的发射信号获得所述基站的发射功率；根据所述基站发送给能量接收模块EH的信号，获得用户节点的接收信号；根据所述目标函数、所述基站的发射功率和所述用户节点的接收信号获得无线携能通信收发机的第一系统模型。

【技术特征摘要】
1.一种无线携能通信收发机模型获得方法，其特征在于，包括：
根据用户节点的信息解码模块ID接收信号的最小均方误差和信道容量获得无线携能
通信收发机模型的目标函数；
根据基站的发射信号获得所述基站的发射功率；
根据所述基站发送给能量接收模块EH的信号，获得用户节点的接收信号；
根据所述目标函数、所述基站的发射功率和所述用户节点的接收信号获得无线携能通
信收发机的第一系统模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无线携能通信收发机模型的目标函数
为：mingik,Wik,FrkΣk=1KΣi=1Ikαik(Tr(WikEik)-logdet(Wik));]]>所述无线携能通信收发机的第一系统模型为：
mingik,Wik,FrkΣk=1KΣi=1Ikαik(Tr(WikEik)-logdet(Wik));]]>s.t.Tr[Frk(ΣiIkGikkfikfikHGikkH+σ2I)FrkH]≤Pk]]>Tr(DikkFrk(ΣlIkGlkk,flkflkHGlkkH+σ2I)FrkHDikkH)≥Pc]]>其中，表示用户节点ik的信号解码矩阵，表示用户节点ik的均方误差MSE的加权系
数，Frk表示基站的波束赋形矩阵，表示矩阵Frk的转置，表示用户节点ik在系统信道
容量中所占的比重，表示用户节点ik的ID接收信号的最小均方误差，Tr表示
矩阵的秩，det表示行列式，k表示每个小区的基站，k＝1,2,...,K，K表示基站覆盖的小区的
数量，ik表示基站k中的第i个用户节点，ik＝1,2,...,Ik，Ik表示基站覆盖的小区包含的用
户节点的数量，s.t表示所述目标函数的约束条件，lk表示基站k中的第l个用户节点，Pk表示
基站发射功率，Pc表示EH的充能门限，表示信息解码模块ID到基站的信道，表示矩阵
的转置，表示基站到ID的信道，表示矩阵的转置，表示信息解码模块ID的波
束赋形，表示矩阵的转置，σ表示信道的标准差，I表示单位矩阵。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据系统最小均方误差和系统容量获
得无线携能通信收发机模型的目标函数之前，还包
括：
根据用户节点向用户节点ik发送的信号采用公式获取基站接收到
的信号其中，用户节点和用户节点ik为同一个小区中的不同用户节点，为同一个小区中所
有上行链路的信道噪声的叠加，获取用户节点ik接收到的信号其中，x~ik=HikkFrkGi~kkfi~ksi~k+HikkFrkni~k+Σj≠kKHikjFrj(ΣlIjGljjfljslj+nlj)+nio,]]>表示基站j中
第l个用户节点发出的信号，表示用户节点lj向基站j进行上行通信时的信道噪声，表
示所有发向用户节点ik的总下行噪声；
根据所述采用公式获得解码后的信号根据所述和所述采用公式获取所述系统最小均方误差。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述和所述采用公式
获取所述系统最小均方误差包括：
将公式对求导，采用公式得到用户节点ik的信号解码
矩阵gikMMSE=fi~kHGi~kkHFrkHHik,kHZ-1;]]>其中，Z=Σj≠kΣlHikjFrjGljjfljfljHGljjHFrjHHikjH+σ2ΣjKHikjFrjFrjHHikjH+σ22I+HikkFrkGi~kkfi~kfi~kHGi~kkHFrkHHikkH]]>将所述代入公式中，获得所述系统最小均方误差5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
采用公式获得用户节点ik的均方误差MSE的加权系数将所述和所述代入所述第一系统模型，并将代入所述和所述后的第一系统
模型进行克罗内克分解，将所述第一系统模型变更为第二系统模型：
minfrkΣk=1KΣi=1IkTr(frkH(Qa+Qb+Qc)frk-qafrk-frkHqb)]]>s.t.Tr(frkH((ΣiIkGikkfikfikHGikkH+σ2I)⊗I)frk)≤Pk]]>Tr(frkH((ΣlIkGlkkflkflkHGlkkH+σ2I)⊗DikkHDikk)frk)≤Pc]]>其中，frk＝vec(Frk)，Qa=αikGik‾kfik‾fik‾HGik‾kH⊗HikkHgikHWikgikHikk,]]>Qb=Σj≠kΣlαlj(GikkfikfikHGikkH⊗HljkHgljHWljgljHljk),Qc=Σjαijσ2(I⊗HijkHgijHWijgijHijk),]]>qa=αikvec(HikkHgikHWikHfik‾HGik‾kH)H,qb=αikvec(HikkHgikHWikfik‾HGik‾kH),]]>vec表示对矩阵进行
向量化；
根据所述第二系统模型采用半正定松弛SDR算法获得所述Frk。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述根据系统最小均方误差和系
统容量获得无线携能通信收发机模型的目标函数之
前，还包括：
获取预先设置的基站发射功率Pk、信息解码模块ID到基站的信道基站到ID的信道
基站到EH的充能门限Pc。
7...

【专利技术属性】
技术研发人员：温志刚，范春晓，孙娟娟，范阳，刘晓晴，谢治民，刘战超，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11