一种无线数能同传调制方案与性能分析方法技术

本发明专利技术属于无线数能同传调制技术领域，公开了一种基于多时隙时间索引的无线数能同传调制方案与性能分析方法，构建基于时间索引调制的无线数能同传系统模型；分别计算能量信号被误检测为数据信号的概率、能量信号被成功识别的概率，以及数据信号被成功识别的概率、数据信号被误检测为能量信号的概率；在时间索引调制系统中激活多个时隙传输数据信息，并通过理论推导分析相应的无线数能同传数据传输与无线数能同传能量传输性能。本发明专利技术基于时间索引调制方案，提出一种多时隙下的无线数能同传数据与能量传输性能分析方法，以对具体的调制方案进行性能评估；通过理论分析的方法评估数据与能量的传输性能，从而可以为后续的系统优化与设计提供理论基础。化与设计提供理论基础。化与设计提供理论基础。

【技术实现步骤摘要】
一种无线数能同传调制方案与性能分析方法


[0001]本专利技术属于无线数能同传调制
，尤其涉及一种基于多时隙时间索引的无线数能同传调制方案与性能分析方法。

技术介绍

[0002]目前，随着移动通信技术的发展与变革，无线网络中的接入设备正在呈数以亿计趋势的增长，由此带来了一系列的严峻问题。例如，有限的无线网络资源逐渐难以满足海量接入设备的通信需求，而海量接入设备的能量供应问题也将成为一大挑战，如何在提升频谱效率的同时为网络接入设备提供能量也将是未来的重要研究工作之一。
[0003]无线数能同传(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer，SWIPT)技术在近年来被学术界广泛的研究，其凭借可以在为接入设备进行数据通信的同时向其提供射频能量的优势，较为灵活的满足了海量接入设备的数据与能量需求，也必将成为未来无线网络中的关键技术之一。目前，针对无线数能同传的研究多数集中在介质访问控制(MAC)层或网络层，而其中均假设采用经典的香农信道容量来衡量数据传输性能。在实际系统中，通常无本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线数能同传性能分析方法，其特征在于，无线数能同传性能分析方法包括：构建基于时间索引调制的无线数能同传系统模型；分别计算能量信号被误检测为数据信号的概率、能量信号被成功识别的概率，以及数据信号被成功识别的概率、数据信号被误检测为能量信号的概率；在时间索引调制系统中激活多个时隙传输数据信息，并通过理论推导分析相应的无线数能同传数据传输与无线数能同传能量传输性能。2.如权利要求1所述无线数能同传性能分析方法，其特征在于，无线数能同传性能分析方法包括以下步骤：步骤一、构建系统模型，即构建基于时间索引调制的无线数能同传系统模型；步骤二、信号误检测概率分析，即分别计算能量信号被误检测为数据信号的概率、能量信号被成功识别的概率，以及数据信号被成功识别的概率、数据信号被误检测为能量信号的概率；步骤三、无线数能同传数据传输性能理论分析，即在时间索引调制系统中激活多个时隙传输数据信息，并通过理论推导分析相应的无线数能同传的数据传输传输性能；步骤四、无线数能同传能量传输性能理论分析，即在时间索引调制系统中激活多个时隙传输数据信息，并通过理论推导分析相应的无线数能同传的能量传输性能。3.如权利要求2所述无线数能同传性能分析方法，其特征在于，步骤一中的系统模型的构建包括：基于时间索引调制的无线数能同传系统包含一个发射机与一个接收机；其中，发射机配置N
t
根天线，而接收机则仅配置单根天线，在收发机之间组成多输入单输出无线信道；当收发机之间的信道信息已知，信道质量在周期T内保持稳定，表示为单个调制符号传输时隙表示为T0，故在单个周期内总共传输L＝T/T0个调制符号；传统调制维度：维度上的数据信息通过控制调制符号的幅度与相位，利用传统调制方式进行传输，调制阶数越高，单符号携带的数据信息量越多；时间索引维度：维度上的数据信息被编码为数据信息符号的时间索引；对于一个基础的时间索引调制系统，在一个传输周期内，选择L中N个时隙用于传输数据，故共有种可能，相应的时间索引信息量也为比特，其中表示不大于x的最大整数；剩余的L
‑
N个时隙用于传输能量；在无线数能同传系统中，发射机发送额外的能量信号用于能量传输性能的提升；搭建基于时间索引调制的无线数能同传系统，通过在单周期内的所有时隙内选择单个时隙进行数据传输，利用其它时隙进行能量传输，同时通过数据传输与能量传输的时间索引来携带额外的数据信息；发射机的比特分割器负责将原始传输的比特信息分别根据传统维度与时间索引维度分为两部分，对于每次发送，传统维度比特序列长度为k
c
＝log2M，时间索引维度比特序列长度为在经过比特分割器后，传统维度与时间索引维度的数据信息会通过单
独的数据信号处理模块；时间索引调制去负责将长度为k
t
时间索引比特序列映射为相应的时间索引调制向量a，如果选择L个时隙中的第l个用于传输数据，那么向量的第l个元素值为1，而其他元素值为0；对于时间索引调制，有能量信号生成器负责生成用于射频能量传输的额外能量信号；能量信号表示为u＝u
I
+ju
Q
，其中u
I
和u
Q
分别代表能量信号的同相与正交维度分量；能量信号功率大于数据信号功率，能量信号采用确定性信号，相应的基带发射功率为|u|2＝P
e
；将相应的数据信号与能量信号进行有机的整合，经过整合后的基带信号x表示为：x＝b
m
·
a+u
·
(1
‑
a)在经过数据与能量信号的整合叠加后，将相应的基带信号转换为射频符号进而通过天线发射出去；对于多天线发射机，采用最大比合并的方式，发射机的波束成形向量表示为w＝h
*
/||h||；发射机天线发射的最终信号表示为：X＝w
·
x。4.如权利要求2所述无线数能同传性能分析方法，其特征在于，步骤二中的信号误检测概率分析包括：当某能量信号位于第l个时隙，则在接收端的检测功率为：其中，z
I,h,l
和z
Q,h,l
分别为信道估计误差z
h,l
的同相与正交分量，z
I,a,l
和z
Q,a,l
分别为噪声z
a,l
的同相与正交分量；检测功率服从自由度为2的非中心卡方分布，且满足概率密度函数表示为：其中，I0()为第一类修正贝塞尔函数；能量信号被误检测为数据信号的概率为：其中，是马坎Q函数；能量信号被成功识别的概率为Pr
(E
→
E)
＝1
‑
Pr
(E
→
D)
；当某个携带符号的数据信号位于第l个时隙，则在接收端的检测功率
为：其中，A
I,m
和A
Q,m
分别代表传统调制符号b
m
的同相与正交幅度分量；在给定传统维度的平均传输功率P
s
后，采用M
‑
QAM调制方式的同相与正交幅度满足：其中M
‑
QAM星座图中两个相邻星座点之间的欧式距离表示为在给定传统维度的数据调制符号b
m
后，服从自由度为2的非中心卡方分布，其中的概率密度函数表示为：故数据信号被成功识别的概率为：数据信号被误检测为能量信号的概率为Pr
(D
→
E)
＝1
‑
Pr
(D
→
D)
。5.如权利要求2所述无线数能同传性能分析方法，其特征在于，步骤三中的无线数能同传数据传输性能理论分析包括：M
‑
QAM调制符号被正确解调的概率为：数据信号被正确识别，再进行传统QAM解调，解调正确后恢复数据信号携带的比特信息，具体包括以下四种情况：(1)各时隙的信号皆识别正确；接收端正确识别N个数据信号和L
‑
N个能量信号，但N个数据信号在后续的解调过程仍可能出错，得N个数据信号中有n1个解调出错的概率为：情况(1)对应的误码率为(...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅海波，赵毅哲，吴彦亮，胡杰，于秦，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：