[发明专利]一种MassiveMIMO系统基于混合能量采集的功率分配方法

说明书

本发明属于移动通信技术领域，公开了一种Massive MIMO系统基于混合能量采集的功率分配方法，在一个单小区多用户的Massive MIMO系统下行传输过程中，基站作为发送端由可再生能源和电网共同供电，可再生能量采集后存储于一个电池中用于数据传输，当电池电量匮乏时，基站将利用电网能量保证服务。本发明基于能量获取的不确定性建立混合能量采集模型，并根据信道状态和能量状态时变特性以及用户间的协调影响，通过迭代更新系统信息，最终为每个用户分配最优的功率，使系统获得最高吞吐量的同时，最大限度的节省对不可再生资源的利用，达到绿色、节能的目的。

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，尤其涉及一种Massive MIMO系统基于混合能量采集的功率分配方法。

背景技术

随着能量采集技术的发展，网络能源也逐渐丰富，既可以采用传统的电网供电，也可以使用环境能量(风能、太阳能、振动能等)为系统供电，充分利用可再生资源，使得未来网络在节能减排的基础上，实现自给供能，然而，可再生能源供能存在不稳定性，且电池容量有限，不能无限制的存储外部能量，一旦出现能量枯竭使得传输中断，在蜂窝网中则会导致覆盖空洞，严重影响服务质量。因此一个仅由可再生能源供电的基站难以保持一个稳定的能量供给，不足以保证最低服务质量(QoS)要求。基站需要采取一种互补方式的混合能量供给方式，来满足连续不断的能量需求，并保证通信系统性能的长期稳定性。Massive MIMO是第五代移动通信技术发展的关键技术，在Massive MIMO系统上实现绿色通信是未来的发展趋势，而混合能量采集技术可以保持能量的持续供给和稳定的服务质量，当可再生能量充足时，由可再生能源提供基本服务，可有效降低基站的能耗、提升网络性能；当可再生能量不足时，电网提供服务，保证持续长久的能量供给。

综上所述，现有技术存在的问题是：大部分的研究只适用于具有单能量源的系统，极少有对于可再生能源与电网共存场景的研究，并且目前大多考虑单链路、三节点组成的中继信道和多址接入信道等较简单的无线通信系统的分析，对于Massive MIMO系统并不适用。而Massive MIMO作为5G的核心技术，是未来通信发展的趋势，如何将混合能量采集运用到Massive MIMO系统是现有技术存在的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种Massive MIMO系统基于混合能量采集的功率分配方法。

本发明是这样实现的，一种Massive MIMO系统基于混合能量采集的功率分配方法，其特征在于，所述Massive MIMO系统基于混合能量采集的功率分配方法关于能量获取的不确定性建立混合能量采集模型，并根据信道状态和能量状态时变特性以及用户间的协调影响，通过迭代更新系统信息，最终为每个用户分配最优的功率，获得最高吞吐量的同时，最大限度的节省不可再生资源的利用；

所述能量采集模型采用泊松分布对能量收集过程和信道衰落的变化过程进行分析，能量到达和信道衰落变化的时刻是可计数的，分别用和表示能量到达时刻序列和信道变化时刻序列，并且根据泊松分布的性质，时刻序列的间隔和分别服从均值为1/λ_e和1/λ_f的指数分布；

所述最优的功率分配表示为：

其中和分别为由能量采集和电网提供的信号的发射功率,和分别为由能量采集和电网提供的电路消耗功率，为能量采集器的电池容量，E_in(i)为i时刻的采集能量，为由电网提供的最大功率，P_max为信号发射功率的最大值，N表示信道变化的次数，Q-1表示能量到达的次数，η为功率放大器效率，L_i为第i＝{1,...,Q+N}个时间间隔，并且[x]+＝max(0,x)，表示0≤x≤p_c，p_c为总的电路的功率消耗，α,τ,γ,μ均为拉格朗日乘子。

进一步，所述的Massive MIMO系统基于混合能量采集的功率分配方法包括以下步骤：