一种基于多接收机信能同传系统的功率采集最大化实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多接收机信能同传系统的功率采集最大化实现方法，该方法的核心思想为：引入松弛变量，根据凹凸转化思想将基于采集功率最大化的多接收机信能同传系统设计问题等价为凸问题；然后迭代求解该问题，得到采集功率最大化问题下所对应的最优传输预编码向量以及功率分裂因子；基站利用最优传输预编码向量对传输信号进行预编码，同时通过控制信道将每个功率分裂因子发送到相应的接收机，每个接收机设定功率分裂因子，完成信能同传系统的收发机设计。该系统不仅能够实现信息与能量的同时传输，同时使得系统的采集功率达到最大。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于绿色无线通信传输
，具体为多接收机MISO(MultipleInputSingleOutput)无线信能同传系统中采集功率最大化的实现方法。
技术介绍
随着科技在当前社会的飞速发展，跨学科、多平台的整合与集成逐渐成为技术创新的重要趋势和产业进步的源源动力，水源、能源和无线电频谱等传统有限资源却在人们日益增长的需求下变得捉襟见肘。与此同时，可持续科学发展迫切需要整合当前通信技术与能源技术的现有研究成果，推陈出新，在满足人们对高效可靠的信息交互需求的同时有效应对能源和频谱短缺的压力。因此，“绿色通信”的概念也应运而生。无线电波作为一种潜在的绿色能源，不仅可以传输信息，还能够传输能量，其双重角色正渐渐进入人们的视线，同时，这种同时传输信息与能量的通信系统，不仅降低了通信耗能，而且对新能源进行有效利用，这无疑将是通信界以后重点研究目标。因此，由于其潜在的应用价值，人们有必要对这种无线信能同传系统进行研究。目前的研究主要着眼于无线携能通信的保密传输、提高能量转化效率、提升频谱效率等方面。然而，在满足服务质量的条件下采集功率最大化也是携能通信系统设计所追求的重要目标之一，使终端在单位时间内能够采集到的能量最大，进而降低通信耗能。故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于多接收机信能同传系统的功率采集最大化实现方法，在满足信干噪比约束的前提下,实现采集功率最大化。为了克服现有技术缺陷，本专利技术的技术方案为：一种基于多接收机信能同传系统的功率采集最大化的实现方法，包括以下步骤：步骤S1：基站对发射端加载预编码向量后发送信号且该信号包括信息部分和能量部分；步骤S2：任一个接收机对应接收基站所发送的信号，该信号可表示为：yk=hkH(Σk=1Kvksk)+nk,k=1,...K;]]>其中:hk表示基站到接收机的信道向量，vk表示第k个接收机对应的预编码向量，sk表示接收机的符号,nk为天线引入的加性噪声，服从均值为0方差为的循环对称复高斯分布；步骤S3：根据接收机中设置功率分裂因子将该信号的能量采集函数表达式可写为：ykEH=1-ρk(hkHΣj=1Kvjsj+nk),k=1,...K;]]>其中:ρk表示接收机的功率分裂因子；同时，接收机采集功率Ek可表示为：Ek=ζk(1-ρk)(Σj=1K|hkHvj|2+σk2),k=1,...K]]>其中，ζk表示电路的能量转化效率，表示从接收的能量中转化为可存储的电能。为射频信号转变为基带信号进行信号处理时所引入加性噪声的方差；步骤S4：当预编码向量vk和功率分裂因子ρk同时满足下式(1)和(2)时，信能通传系统中接收机的采集功率最大；max{vk,ρk本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多接收机信能同传系统的功率采集最大化实现方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：基站对发射端加载预编码向量后发送信号且该信号包括信息部分和能量部分；步骤S2：任一个接收机对应接收基站所发送的信号，该信号可表示为：yk=hkH(Σk=1Kvksk)+nk,k=1,...K;]]>其中:hk表示基站到接收机的信道向量，vk表示第k个接收机对应的预编码向量，sk表示接收机的符号,nk为天线引入的加性噪声，服从均值为0方差为的循环对称复高斯分布；步骤S3：根据接收机中设置功率分裂因子将该信号的能量采集函数表达式可写为：ykEH=1-ρk(hkHΣj=1Kvjsj+nk),k=1,...K;]]>其中:ρk表示接收机的功率分裂因子；同时，接收机采集功率Ek可表示为：Ek=ζk(1-ρk)(Σj=1K|hkHvj|2+σk2),k=1,...K]]>其中，ζk表示电路的能量转化效率，表示从接收的能量中转化为可存储的电能。为射频信号转变为基带信号进行信号处理时所引入加性噪声的方差；步骤S4：当预编码向量vk和功率分裂因子ρk同时满足下式(1)和(2)时，信能通传系统中接收机的采集功率最大；max{vk,ρk}Σk=1Kζk(1-ρk)(Σj=1K|hkHvj|2+σk2)---(1)]]>上述(1)式需同时符合如下条件：ρk|hkHvk|2ρk(Σj≠k|hkHvj|2+σk2)+δk2≥γk,k=1,2,...K,]]>Σk=1K||vk||2≤Ptotal,---(2)]]>0<ρk<1,k＝1,2,…K.步骤S5：利用凹凸转化思想并通过迭代法求解上述(1)式和(2)式，所述步骤S5进一步包括以下步骤：第一步：初始化如下变量：总功率约束值Ptotal，信干噪比约束值γk，采集电路单元的能量转化效率ζk，k＝1,2,...,K；初始化迭代次数n＝1及相应的初始可行解并计算：η(n)=Σk=1Kζk(1-ρ~k(n))(Σj=1K|hkHv~j(n)|2+σk2);]]>第二步：更新迭代次数n＝n+1，求解逼近的采集功率最大化凸问题，即max{vk,ρk,e~k,αk,βk}Σk=1Ke~k(n)]]>(αk(n)-1+ρk(n))2+41ζk≤αk(n)+1-ρk(n),k=1,2,...K,]]>(βk(n)-ρk(n))2+4δk2≤βk(n)+ρk(n),k=1,2,...K,]]>Σk=1K||vk(n)||2≤Ptotal,]]>0<ρk(n)<1,k=1,2,...K,]]>e~k(n)≥0,k=1,2,...K.]]>得到一组满足采集功率最大化问题约束的可行解同时根据公式：η(n)=Σk=1Kζk(1-ρk(n))(Σj=1K|hkHvj(n)|2+σk2)]]>求得第n次迭代的采集功率；其中，hk表示基站到接收机k的信道向量k＝1,2,…K；nk为天线引入的加性噪声，服从均值为0方差为的循环对称复高斯分布，k＝1,2,…K；zk为基带信号处理时引入的加性噪声，服从均值为0方差为的循环对称复高斯分布，k＝1,2,…K；表示取实部操作，(·)H表示复共轭转置操作；第三步：判定是否满足条件其中ε表示判定阈值，若满足则令v~k(n)=vk(n),ρ~k(n)=ρk(n),e~~k(n)=e~k(n),]]>并重复第二步；如不满足，则最后求得问题的解并输出ρk*=ρk(n),vk*=vk(n),k=1,2,...K;]]>第四步：基站根据求得的对传输信号进行预编码，同时通过控制信道将每个功率分裂因子发送到相应的接收机，每个接收机设定功率分裂因子，完成信能同传系统的收发机设计，可以进行信息与能量的同时接收。...

【技术特征摘要】
1.一种基于多接收机信能同传系统的功率采集最大化实现方法，其特征在于，包括以
下步骤：
步骤S1：基站对发射端加载预编码向量后发送信号且该信号包括信息部分和能量部
分；
步骤S2：任一个接收机对应接收基站所发送的信号，该信号可表示为：
yk=hkH(Σk=1Kvksk)+nk,k=1,...K;]]>其中:hk表示基站到接收机的信道向量，vk表示第k个接收机对应的预编码向量，sk表示
接收机的符号,nk为天线引入的加性噪声，服从均值为0方差为的循环对称复高斯分布；
步骤S3：根据接收机中设置功率分裂因子将该信号的能量采集函数表达式可写为：
y...

【专利技术属性】
技术研发人员：史清江，桂鹏，彭成，徐伟强，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33