[发明专利]一种基于无线携能技术的多天线系统功率优化方法

说明书

本发明公开了一种基于无线携能通信的天线系统的功率优化方法，应用于为单小区多用户系统服务的基站中，接收每个终端的上行传输导频信号及剩余电量信息；根据上行导频信号进行信道估计，以各终端数据传输过程中的用电量为约束条件，各终端可达速率最大化为目标，构建优化模型；简化优化模型并求解，生成各终端的最优功率分割比率；根据功率分割比率，为各终端进行功率分配；本申请通过根据接收到的终端的剩余电量信息以及上行导频信号建立最大可达速率的优化模型，并通过对该模型进行简化，降低了该模型的求解复杂度，进而降低了求解时间，使得在终端获得最大可达速率时，快速得到对终端的能量和信息传递的分配方案，提高基站的频谱利用效率。

【技术领域】

本发明属于无线携能通信技术领域，尤其涉及一种基于无线携能技术的多天线系统功率优化方法。

【背景技术】

大规模多输入多输出技术作为5G系统的关键技术之一，可以有效地提高小区容量和频谱利用率。然而，随着通信需求的不断增加，对能源的消耗和浪费与日俱增，所以更高效节能地进行无线通信成为了大家的共同目标。近些年来无线携能通信技术(SWIPT)受到了不少学者的高度关注，原因是它与绿色通信的理念相符合，在未来会有巨大的应用前景。

在无线携能通信技术中，一般均是根据随机既定规则或者指定的既定规则为用户提供能量及信息的传递。但是，在实际应用中，由于应用环境及场景的不同，在协调能量和信息传递的分配问题上需要考虑很多因素和条件，进而在进行分配问题计算时，会延长计算时间，导致系统频谱利用率低。

【发明内容】

本发明的目的是提供基于无线携能通信的天线系统的功率优化方法，以解决在进行能量和信息传递的分配问题时计算时间长的问题。

本发明采用以下技术方案：一种基于无线携能技术的多天线系统功率优化方法，应用于为单小区多用户系统服务的基站中，

接收每个终端的上行传输导频信号及剩余电量信息；

根据所述上行导频信号进行信道估计，以各终端数据传输过程中的用电量为约束条件，各终端可达速率最大化为目标，构建优化模型；

简化所述优化模型并求解，生成各终端的最优功率分割比率；

根据所述功率分割比率，为各终端进行功率分配。

进一步地，所述优化模型中各终端的可达速率为：

R_k＝(1-τ)log₂(1+γ_k)，

其中，R_k为第k个终端的可达速率，τ为上行导频传输在单位时间内所占用的时间比率，γ_k为第k个终端与基站之间的信噪比。

进一步地，简化所述优化模型并求解具体包括：

根据所述优化模型生成优化问题为其中，ρ_k为第k个终端的功率分割比率；

根据无线携能通信协议可得：

其中，N表示基站的天线数，P表示基站的总发射功率，θ_k为第k个终端的功率分配比，β_k为基站与第个k终端之间的大尺度衰落元素，σ²为加性高斯白噪声的方差，表示接收端高斯噪声的方差，表示由RF转移到基带所产生高斯噪声的方差；

重写γ_k为：其中，a_kb_k0，c_k0，d_k0，e_k0；

计算l(x)的一阶导数和二阶导数：