一種多載波寬帶信能同傳優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無(wú)線信號(hào)傳輸系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種無(wú)線信號(hào)能量傳輸?shù)膬?yōu)化方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無(wú)線信貪良同傳（Simultaneous Wireless Information and Energy Transfer)，良P 通過無(wú)線方式實(shí)現(xiàn)信息和能量的同時(shí)傳輸，是集成無(wú)線通信技術(shù)和無(wú)線能量傳輸技術(shù)的新 興通信技術(shù)。隨著科技的發(fā)展，整合能源技術(shù)和通信技術(shù)成為趨勢(shì)，既能實(shí)現(xiàn)高速可靠的通 信，又能有效緩解能源和頻譜稀缺的壓力，在工業(yè)、醫(yī)療、基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展等方面有著重要的 應(yīng)用價(jià)值。
[0003] 無(wú)線信能同傳突破傳統(tǒng)的無(wú)線通信手段，將能量屬性同時(shí)考慮，整合無(wú)線通信技 術(shù)和無(wú)線能量傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息和能量的并行同時(shí)傳輸，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和創(chuàng)新意 義。
[0004] 基于信息與能量同時(shí)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，用于各類依靠有限容量電池提供電能的無(wú)線終 端或器件，通過從信號(hào)中采集能量為其饋電，極大延長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間，減小設(shè)備體積和成本，并 能夠大幅減少電池的生產(chǎn)量，大大降低電池生產(chǎn)制造與回收過程中造成的環(huán)境污染?；?非接觸式的遠(yuǎn)距離傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，可取代電池或者線纜供電，極大的提升供電的便利性?；?穩(wěn)定性和可持續(xù)性的特點(diǎn)，可替代傳統(tǒng)能量采集器巧nergyHarvester)W采集環(huán)境能量 (如風(fēng)能、太陽(yáng)能、動(dòng)能等）為主的方式。同時(shí)，無(wú)線信能同傳在改善人民生活方面的應(yīng)用也 是廣泛的，會(huì)產(chǎn)生極大的社會(huì)效益；在醫(yī)療領(lǐng)域，植入醫(yī)療裝置如屯、臟起搏器、屯、血管機(jī)器 人等均存在嚴(yán)重的電池能量短缺問題，無(wú)線信能同傳技術(shù)的裝配可避免對(duì)患者造成嚴(yán)重的 二次痛苦。
[0005] 現(xiàn)有的技術(shù)中，信能同傳技術(shù)只是局限于理論分析，并沒有設(shè)及到實(shí)際的信號(hào)調(diào) 制和載波等技術(shù)。主要存在無(wú)線能量難W穩(wěn)定供給，信息速率會(huì)大打折扣，能量利用率不 高，并且信號(hào)在功率密度上會(huì)大大超出安全標(biāo)準(zhǔn)等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種兼顧無(wú)線能量供給和信息傳輸 速率、切實(shí)可行的多載波寬帶信能同傳優(yōu)化方法。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是；
[000引一種多載波寬帶信能同傳優(yōu)化方法，其應(yīng)用于無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)中，所述無(wú)線收發(fā)系 統(tǒng)發(fā)射端發(fā)射的基帶信號(hào)包含信息信號(hào)和能量信號(hào)，所述優(yōu)化方法包括步驟；P1，發(fā)射端基 于第一優(yōu)化參數(shù)集，根據(jù)第一優(yōu)化目標(biāo)和第一約束條件集來(lái)確定基帶信號(hào)中能量信號(hào)和信 息信號(hào)中其中一種信號(hào)的第一預(yù)分配參數(shù)集；P2,發(fā)射端基于步驟P1中所述第一預(yù)分配參 數(shù)集和第二優(yōu)化參數(shù)集，根據(jù)第二優(yōu)化目標(biāo)和第二約束條件集來(lái)確定基帶信號(hào)中能量信號(hào) 和信息信號(hào)中另一種信號(hào)的第二預(yù)分配參數(shù)集。
[0009] 優(yōu)選的，所述步驟PI具體為；發(fā)射端基于第一優(yōu)化參數(shù)集，根據(jù)第一優(yōu)化目標(biāo)和 第一約束條件集來(lái)確定基帶信號(hào)中能量信號(hào)的第一預(yù)分配參數(shù)集；所述步驟P2具體為：發(fā) 射端基于步驟P1中所述第一預(yù)分配參數(shù)集和第二優(yōu)化參數(shù)集，根據(jù)第二優(yōu)化目標(biāo)和第二 約束條件集來(lái)確定基帶信號(hào)中信息信號(hào)第二預(yù)分配參數(shù)集。
[0010] 優(yōu)選的，步驟P1中所述第一優(yōu)化目標(biāo)包括；使第一約束條件集成立的情況下，能 量信號(hào)載波個(gè)數(shù)最小和能量信號(hào)的功率最小。
[0011] 優(yōu)選的，所述第一約束條件集設(shè)及；C1，接收端所采集功率大于等于接收端工作所 需的最低功率；C2,發(fā)射端子載波上的能量信號(hào)功率之和小于等于基帶信號(hào)中能量信號(hào)的 總功率；C3,每個(gè)子載波頻段上的平均功率譜密度小于等于一個(gè)既定的參數(shù)值。需要說(shuō)明的 是，約束條件C1所述的接收端工作所需的最低功率應(yīng)當(dāng)理解為所述接收端多種工作模式 所需的最低功率，例如；當(dāng)接收端處于非充電模式時(shí)，接收端工作所需最低功率可W是接收 端電路運(yùn)行所需最低功率；當(dāng)接收端處于充電模式時(shí)，接收端工作所需最低功率可W是接 收端電路運(yùn)行所需最低功率和充電所需功率之和。
[0012] 優(yōu)選的，步驟P2中所述第二優(yōu)化目標(biāo)設(shè)及；使第二約束條件集成立的情況下，信 息傳輸速率最大化。
[0013] 優(yōu)選的，所述第二約束條件集設(shè)及：子載波上的信息信號(hào)功率之和小于等于信息 信號(hào)的總功率。
[0014] 優(yōu)選的，步驟P1中所述第一優(yōu)化參數(shù)集包括W下參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)：接收端工 作所需最低功率、每個(gè)子載波上的信道帶寬、每個(gè)子載波上的平均功率譜密度PSD和信道 參數(shù)向量。
[0015] 優(yōu)選的，步驟P2中所述第二優(yōu)化參數(shù)集包括W下參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)：信息信號(hào) 子載波集、信息信號(hào)子載波數(shù)和信道參數(shù)向量。
[0016] 優(yōu)選的，所述第一預(yù)分配參數(shù)包括W下參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)；能量信號(hào)子載波分 配集、能量信號(hào)功率分配集和能量信號(hào)總功率。
[0017] 優(yōu)選的，所述第二預(yù)分配參數(shù)包括W下參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)；信息信號(hào)功率分配 集和信息信號(hào)子載波分配集。
[001引本發(fā)明的有益效果是：
[0019] 本發(fā)明提供一種兼顧無(wú)線能量供給和信息傳輸速率、切實(shí)可行的多載波寬帶信能 同傳優(yōu)化方法，在向接收端發(fā)送信息信號(hào)的同時(shí)發(fā)送獨(dú)立的能量信號(hào)，能夠?yàn)榻邮斩怂?工作模式提供需要的能量，另外，通過優(yōu)化算法對(duì)信息信號(hào)和能量信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化，既能提高 能量傳輸效率又能提高信息速率。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可W相 互組合。
[0021] 一種多載波寬帶信能同傳優(yōu)化方法，其應(yīng)用于無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)中，無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)包 括發(fā)射端和接收端，所述無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)發(fā)射端發(fā)射的基帶信號(hào)包含信息信號(hào)和能量信號(hào)， 所述優(yōu)化方法包括步驟；P1，發(fā)射端基于第一優(yōu)化參數(shù)集，根據(jù)第一優(yōu)化目標(biāo)和第一約束條 件集來(lái)確定基帶信號(hào)中能量信號(hào)和信息信號(hào)中其中一種信號(hào)的第一預(yù)分配參數(shù)集；P2,發(fā) 射端基于步驟PI中所述第一預(yù)分配參數(shù)集和第二優(yōu)化參數(shù)集，根據(jù)第二優(yōu)化目標(biāo)和第二 約束條件集來(lái)確定基帶信號(hào)中能量信號(hào)和信息信號(hào)中另一種信號(hào)的第二預(yù)分配參數(shù)集。
[0022] 所述步驟P1具體為；發(fā)射端基于第一優(yōu)化參數(shù)集，根據(jù)第一優(yōu)化目標(biāo)和第一約束 條件集來(lái)確定基帶信號(hào)中能量信號(hào)的第一預(yù)分配參數(shù)集；所述步驟P2具體為：發(fā)射端基于 步驟P1中所述第一預(yù)分配參數(shù)集和第二優(yōu)化參數(shù)集，根據(jù)第二優(yōu)化目標(biāo)和第二約束條件 集來(lái)確定基帶信號(hào)中信息信號(hào)第二預(yù)分配參數(shù)集。
[0023]作為本發(fā)明一種優(yōu)選的實(shí)施例，可W在發(fā)射端首先對(duì)功率、頻譜、載波進(jìn)行運(yùn)算。 假設(shè)發(fā)射端基帶信號(hào)總功率為P，分配于信息信號(hào)的能量和能量信號(hào)的總功率分別為Pi和 Pe，則Pi+Pe=P;信號(hào)總載波集為Sc，Sc=SceUSci，其中，Sce為能量信號(hào)子載波集，Sci為 信息信號(hào)子載波集；接收端采集到的能量為Q，即有Q= 0Pc，0是能量效率系數(shù)；信道參數(shù) 向量b，其中，b=比i，h2……h(huán)w]T;總載波數(shù)為N，分配于信息信號(hào)的載波數(shù)和能量信號(hào)的載 波數(shù)分別為Ni和NE，則N=Ni+Ne;信息信號(hào)和能量信號(hào)的能量符號(hào)分別為SI(n)和Se(n)， n= 1，2,. ..，m;m《N;其中，
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多載波寬帶信能同傳優(yōu)化方法，其應(yīng)用于無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)中，其特征在于，所述無(wú) 線收發(fā)系統(tǒng)發(fā)射端發(fā)射的基帶信號(hào)包含信息信號(hào)和能量信號(hào)，所述優(yōu)化方法包括步驟： P1，發(fā)射端基于第一優(yōu)化參數(shù)集，根據(jù)第一優(yōu)化目標(biāo)和第一約束條件集來(lái)確定基帶信 號(hào)中能量信號(hào)和信息信號(hào)中其中一種信號(hào)的第一預(yù)分配參數(shù)集； P2,發(fā)射端基于步驟Pl中所述第一預(yù)分配參數(shù)集和第二優(yōu)化參數(shù)集，根據(jù)第二優(yōu)化目 標(biāo)和第二約束條件集來(lái)確定基帶信號(hào)中能量信號(hào)和信息信號(hào)中另一種信號(hào)的第二預(yù)分配 參數(shù)集。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種多載波寬帶信能同傳優(yōu)化方法，其特征在于， 所述步驟Pl具體為：發(fā)射端基于第一優(yōu)化參數(shù)集，根據(jù)第一優(yōu)化目標(biāo)和第一約束條件 集來(lái)確定基帶信號(hào)中能量信號(hào)的第一預(yù)分配參數(shù)集； 所述步驟P2具體為：發(fā)射端基于步驟Pl中所述第一預(yù)分配參數(shù)集和第二優(yōu)化參數(shù)集， 根據(jù)第二優(yōu)化目標(biāo)和第二約束條件集來(lái)確定基帶信號(hào)中信息信號(hào)第二預(yù)分配參數(shù)集。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種多載波寬帶信能同傳優(yōu)化方法，其特征在于，步驟Pl中所 述第一優(yōu)化目標(biāo)包括：使第一約束條件集成立的情況下，能量信號(hào)載波個(gè)數(shù)最小和能量信 號(hào)的功率最小。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述一種多載波寬帶信能同傳優(yōu)化方法，其特征在于，所述第一約 束條件集涉及： C1，接收端所采集功率大于等于接收端工作所需的最低功率； C2,發(fā)射端子載波上的能量信號(hào)功率之和小于等于基帶信號(hào)中能量信號(hào)的總功率； C3,每個(gè)子載波頻段上的平均功率譜密度小于等于一個(gè)既定的參數(shù)值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種多載波寬帶信能同傳優(yōu)化方法，其特征在于，步驟P2中所 述第二優(yōu)化目標(biāo)涉及：使第二約束條件集成立的情況下，信息傳輸速率最大化。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述一種多載波寬帶信能同傳優(yōu)化方法，其特征在于，所述第二約 束條件集涉及：子載波上的信息信號(hào)功率之和小于等于信息信號(hào)的總功率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種多載波寬帶信能同傳優(yōu)化方法，其特征在于，步驟Pl中所 述第一優(yōu)化參數(shù)集包括以下參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)：接收端工作所需最低功率、每個(gè)子載波 上的信道帶寬、每個(gè)子載波上的平均功率譜密度PSD和信道參數(shù)向量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種多載波寬帶信能同傳優(yōu)化方法，其特征在于，步驟P2中所 述第二優(yōu)化參數(shù)集包括以下參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)：信息信號(hào)子載波集、信息信號(hào)子載波數(shù) 和信道參數(shù)向量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種多載波寬帶信能同傳優(yōu)化方法，其特征在于，所述第一預(yù) 分配參數(shù)包括以下參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)：能量信號(hào)子載波分配集、能量信號(hào)功率分配集和 能量信號(hào)總功率。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種多載波寬帶信能同傳優(yōu)化方法，其特征在于，所述第二預(yù) 分配參數(shù)包括以下參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)：信息信號(hào)功率分配集和信息信號(hào)子載波分配集。
【專利摘要】本發(fā)明公開了多載波寬帶信能同傳優(yōu)化方法，其應(yīng)用于無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)中，所述無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)發(fā)射端發(fā)射的基帶信號(hào)包含信息信號(hào)和能量信號(hào)，所述優(yōu)化方法包括用于確定系統(tǒng)預(yù)分配參數(shù)集的步驟P1和P2。本發(fā)明通過提供一種兼顧無(wú)線能量供給和信息傳輸速率、切實(shí)可行的多載波寬帶信能同傳優(yōu)化方法，在向接收端發(fā)送信息信號(hào)的同時(shí)發(fā)送獨(dú)立的能量信號(hào)，能夠?yàn)榻邮斩怂幑ぷ髂Ｊ教峁┬枰哪芰?，另外，通過優(yōu)化算法對(duì)信息信號(hào)和能量信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化，既能提高能量傳輸效率又能提高信息速率。
【IPC分類】H04L5-00, H04W72-04, H04W72-08
【公開號(hào)】CN104812078
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510133789
【發(fā)明人】貢毅, 韓子棟
【申請(qǐng)人】南方科技大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年3月25日