[发明专利]一种信息与能量联合传输系统的预编码传输方法

说明书

本发明公开了一种信息与能量联合传输系统的预编码传输方法，系统包括一个发射机、一个信息接收机和一个能量接收机，发射机发送数据，信息与能量接收机同时收到数据。在本发明的设计准则是：根据系统的能量要求和信道统计信息，在满足能量要求的条件下，设计预编码使得系统信息传输速率最大。发送机首先通过测量分别获取发送端到两个接收机的信道协方差、信噪比等信息；通过引入辅助参数，构造一个对偶函数，将预编码求解问题转化为一个等价的对偶问题；对该对偶问题，设计循环迭代算法求出最优预编码。与各向同性传输方案相比，在给定的系统能量要求时，本方法取得的系统传输速率更高；本方法的信息、能量可达域也较前者更宽阔。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种信息与能量联合传输系统的预编码传输方法。

背景技术

能量收集技术可以为无线传感网络或者蜂窝移动网络提供能量，延长设备节点的生存期，因而近年来受到了广泛关注。另一方面，信息传输问题一直是通信系统的关键和研究热点。因此，两种技术相结合，产生了无线信息与能量联合传输的新技术。

《国际电气与电子工程师协会无线通信学报》（“MIMO broadcasting forsimultaneous wireless information and power transfer，” IEEE Transactions onWireless Communications, 2013, 11(5): 1989-2001）研究了一个典型多发多收的信息—能量通信系统，系统中一个节点发送信息，另外两个节点分别接收能量和信息。在发送端功率一定的条件下，发送信号协方差矩阵的设计将会对信息和能量接收机同时产生影响。该文求出了在满足系统最低能量需求时，达到最大传输速率时发送端协方差矩阵应满足的形式。另外，还系统的分析了时分复用、功率拆分等复用方案对可达功率－速率域的影响。《国际电气与电子工程师协会无线通信快报》（“Energy-efficient optimization forwireless information and power transfer in large-scale MIMO systems employingenergy beamforming，”IEEE Wireless Communications Letters, 2013, 2(6): 667-670）研究了大规模多天线系统的联合传输系统，接收机从较远的发送端获取能量而后返回观测数据给发送端。该文以能量效率为优先优化目标，在保证了所需最低信息通信质量的条件下，研究了无线资源优化问题，包括最优发送功率和能量、信息传输时间分配比等。

目前现有研究大多需要即时的信道状态信息，无论是理想还是非理想信息。可是如果信道是快衰落变化，则频繁测量和反馈信道信息将不可避免地给系统回程链路带来很大负担，链路开销大。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种信息与能量联合传输系统的预编码传输方法，该方法仅使用信道统计信息—信道收发协方差矩阵和信噪比，可以显著的降低系统测量和反馈开销。在满足系统能量需求的条件下，该方法将实现系统信息传输速率的最大化。

为实现上述目的，本发明提供了一种信息与能量联合传输系统的预编码传输方法，其特征在于如下处理步骤：

S1: 基站通过一段时间的测量分别获取信息信道和能量信道的协方差信息、信息信道的噪声功率，这里信息信道和能量信道分别指发送端到信息接收机和能量接收机的信道；

S2: 初始化迭代指数、辅助参数、搜索步长，根据子算法一计算发送协方差矩阵和对偶函数数值作为初始值；

S3: 更新两个辅助参数；

S4: 根据辅助参数，采用与步骤S2相同的子算法计算新的发送协方差矩阵和对偶函数数值；

S5：按照一定的判定准则决定算法是否结束。若不满足准则，增加迭代指数，转到步骤S3；否则算法结束，输出预编码矩阵。