基于OPS结构的多节点多天线SWIPT网络R-E域优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于OPS结构的多节点多天线SWIPT网络R‑E域优化方法。本发明专利技术以SWIPT网络中多个OPS接收节点收集到的能量最大化为优化目标，建立优化模型，通过功率分割因子、时隙分割因子、波束成型向量设计，使系统性能达到所需要求。本发明专利技术分析了接收端节点数、发射端天线数对速率‑能量(R‑E)域的影响。研究表明，随着发射端天线数的增加，在相同的信息传输速率的情况下，接收端同时能够收集到更多的能量，即拥有更优的速率‑能量域，说明SWIPT网络速率‑能量域能够通过增加发射端天线数来获得更好的性能，验证了多节点多天线SWIPT网络速率‑能量域优化方法的有效性。随着接收端节点数的增加，SWIPT网络速率‑能量域增大。

【技术实现步骤摘要】
基于OPS结构的多节点多天线SWIPT网络R-E域优化方法
本专利技术属于信息与通信工程
，提出了无线信能同传(SWIPT)网络中基于开-关功率分割(OPS)结构的多节点多天线SWIPT网络速率-能量(R-E)域优化方法。
技术介绍
随着智能终端、传感器和5G通信的快速发展，包括无线传感器网络(WirelessSensorNetworks,WSN)、物联网(InternetofThings,IoT)、无线个人区域网(WirelessPersonalAreaNetworks,WPAN)和无线可穿戴网络在内的能耗受限网络得到了快速发展。在能量受限的网络中，小型无线设备主要由容量有限的电池供电，在这种情况下，更换电池十分不便并且成本过高。特别地，5G无线网络中可能存在大量低功率节点的超密集部署，有限的运行时间给无时无刻的无线通信服务带来了极大的不便。尽管更换电池或重新充电在一定程度上可以延长网络的生存时间，然而这会付出更高的代价，且很不方便，甚至是有害的(有毒环境监测)或不可能的(内嵌于建筑或体内的传感节点)。为了解决这个问题，一种有效的方法是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于OPS结构的多节点多天线SWIPT网络R-E域优化方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤1、SWIPT接收端非线性能量收集场景假设与建模；/n步骤2、对于OPS方法中信息传输速率和能量收集的分析建模；/n步骤3、对时隙分割因子，功率分割因子和波束成型向量联合优化。/n

【技术特征摘要】
1.基于OPS结构的多节点多天线SWIPT网络R-E域优化方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、SWIPT接收端非线性能量收集场景假设与建模；
步骤2、对于OPS方法中信息传输速率和能量收集的分析建模；
步骤3、对时隙分割因子，功率分割因子和波束成型向量联合优化。


2.如权利要求1所述的基于OPS结构的多节点多天线SWIPT网络R-E域优化方法，其特征在于步骤1所述的SWIPT接收端非线性能量收集场景假设与建模，SWIPT采用非线性的能量收集模型，具体如下：



其中，ΨnLr(Pin)是关于输入功率Pin的非线性能量收集函数；Pmax、a和b均为常数；Pmax表示能量收集电路饱和时的最大收集功率，常数a反映了相对于输入功率的非线性充电速率，而常数b与开启阈值有关；当给定能量收集电路时，通过曲线拟合确定参数Pmax，a和b；
在不失一般性的情况下，将每个时间块归一化，在每个时间块中，SWIPT网络发射端到接收端的信道系数为波束成型向量为其中表示Nt×1的复向量，仅仅是用于表示复向量；Nt为发射端天线数；因此，从发射端发射的RF信号可以表示为：



其中，sn表示与接收端有关的发送信号，且
发射端的发射功率可以表示为



其中，表示期望，wn表示波束成型向量，N是单天线接收端的数量。


3.如权利要求2所述的基于OPS结构的多节点多天线SWIPT网络R-E域优化方法，其特征在于步骤2所述的对于OPS方法中的信息传输速率和能量收集的分析建模，具体如下：
对于接收端，把每个时间块分成两个时隙，时隙分割因子为α∈(0,1)；在第一个时隙αT进行能量收集，第二个时隙(1-α)T同时进行能量收集和信息传输，其中归一化功率分割因子为ρ∈(0,1)；
在第一个时隙内，接收端用于EH的RF能量可以表示为：



其中，表示信道系...

【专利技术属性】
技术研发人员：许晓荣，沈霖晖，孙明杭，王玉军，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33