[发明专利]一种多天线数能一体化通信网络的最大化上行吞吐量方法

说明书

本发明提供了一种多天线数能一体化通信网络的最大化上行吞吐量方法，属于数能一体化通信网络技术领域。本发明提出了多天线基站在下行数能同传的场景下最大化上行数据量的传输策略的方法，克服了对于多用户数能一体化通信网络传输优化吞吐量时采用分时进行数据和能量传输策略的缺陷和单天线中系统中能量效率低的问题。

技术领域

本发明属于数能一体化通信网络技术领域，特别涉及一种多天线数能一体化通信网络的最大化上行吞吐量方法。

背景技术

无线通信系统的能量来源大致分为两种，其一是电网供电，其二是来自于电池供电。前一方式使得系统可持续获得可靠的能量，但要求部署电力网络，从而使系统的应用范围受限；后者使得系统的应用更加便携，但是单电池的存储能力使得系统的功率和能量均受到严格的限制，从而制约了系统的服务性能和生命周期，且当今电池的蓄电量已经成为技术发展的瓶颈。而在我们进行数据传输的过程中，基站发射的很多无线信号的能量都被当做无用功率白白浪费掉了。

数能一体化通信技术的出现为解决无线通信中信息和能量同步传输这一课题提供了可能性，并已经成为了未来通信发展的一个重要方向。其核心思想旨在实现信息和能量的并行传输，即在现有的无线供电的技术的基础上，通过多种前沿的技术手段，在无线信息传输同时实现能量收集(Energy Harvesting,EH)，从而在实现高效可靠信息通信的同时充分利用宝贵的能量资源，具有重要的实际意义和技术挑战性。

目前已有研究考虑数能一体化通信网络传输中的吞吐量优化，包括上行总吞吐量优化和上行数据量公平性的优化，但都是基于时隙切换(Time Swiching,TS)技术的物理场景，实现数能同传，对上行数据量进行优化。

但是如果想要真正意义上地实现数能同传，必须考虑采用功率分割(PowerSplitting,PS)技术，即用户将接收到的功率信号，通过功率分流器将其分成两个部分，一部分用来信息解码，另一部分用来能量收割。

虽然通过从无线射频信号中收割能量具有可控性等良好的性能，射频信号的低功率将会严重的影响到能量的收割效率。因此通过多天线的波束成型技术可以将射频信号集中发射到对应的基站，可以极大的提高能量利用率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中对于多用户数能一体化通信网络传输优化吞吐量时采用分时进行数据和能量传输策略的缺陷和单天线中系统中能量效率低的问题，提出了一种利用多天线基站在下行数能同传的场景下最大化上行数据量的传输策略。

本发明通过以下技术方案来实现的：

一种多天线数能一体化通信网络的最大化上行吞吐量方法，包括以下步骤：

S1、确定网络模型，建立数能一体化网络中的上下行网络模型；

S2、确定基站发射功率、噪声功率及能量转化率；

S3、确定用户下行业务需求，得到关于用户下行业务需求的数据量表达式及其约束；

S4、根据功率分割技术原理得到每个用户下行接收到的数据量和收割到的能量的表达式；

S5、根据所述S4中得到的用户下行收集到的能量的表达式得到用户上行数据量的表达式；

S6、通过连续凸近似的优化方法优化用户的上行下行时隙、功率分割因子和基站的天线波束因子完成上行总吞吐量最大化，并得出传输策略。

进一步地，所述步骤S1通过以下流程实现：