[发明专利]EH-MIMO能量收集及多天线通信系统的节点天线选择方法及装置

权利要求书

1.一种EH-MIMO能量收集及多天线通信系统的节点天线选择方法，其特征在于，包括如下步骤：

建立源节点至目的节点的非协作连接链路，其中，源节点包括用于收集环境中无线电波能量的多个能量收集天线和用于传输数据的多个数据传输天线；

和/或，建立源节点至中继节点、中继节点至目的节点的协作连接链路，其中，中继节点也包括多个能量收集天线和多个数据传输天线，设第一时隙为所述源节点向中继节点发送数据以及所述中继节点接收数据的过程，设第二时隙为所述中继节点向目的节点发送数据以及所述目的节点接收数据的过程；

计算在非协作连接链路中所述源节点的各数据传输天线的总发射功率，并根据所述源节点的各数据传输天线的总发射功率计算得到源节点的最优能量收集天线集合Θ_opt和最优数据传输天线集合Ω_opt，包括：所述源节点的各能量收集天线构成能量天线集合Θ，所述源节点的各数据传输天线构成数据传输天线集合Ω，计算所述数据传输天线集合Ω的总发射功率，

根据注水功率算法，构建源节点中天线的最优功率分配矩阵K，K为(N_s-L)×(N_s-L)维对角阵，N_s表示源节点天线数目，L表示能量天线集合Θ中的天线数目，且满足tr(K)≤P_t，tr(·)表示求矩阵的迹的运算，P_t表示数据传输天线集合Ω的总发射功率，最优功率分配矩阵K的第i行第i列的元素为取0和中的最大值的运算，μ是满足∑_iK_ii＝P_t的约束项，λ_i是源节点到目的节点链路的N_r×(N_s-L)维信道系数矩阵H的第i个特征值，N_r表示目的节点天线数目，信道系数矩阵H的元素h_p,q为源节点的第q根天线到目的节点的第p根天线之间链路的信道系数，1≤p≤N_r，1≤q≤N_s-L；

根据公式计算最优源节点能量天线集合和最优源节点数据天线集合,其中，表示N_r×N_r维单位矩阵，“*”表示矩阵或矢量的共轭转置，Θ_opt和Ω_opt分别为最优源节点能量天线集合和最优源节点数据天线集合，表示对于任意的Θ和Ω的组合，取使得括号中的表达式值最大的Θ和Ω的组合的运算；以及

计算在协作连接链路的第一时隙中所述中继节点的各能量收集天线收集的第一时隙总能量以及第二时隙中所述中继节点的各能量收集天线收集的第二时隙总能量，并根据所述第一时隙总能量和所述第二时隙总能量计算所述中继节点的第二时隙总发射功率，并根据所述第二时隙总发射功率计算得到中继节点的最优能量收集天线集合Θ_opt1和最优数据传输天线集合Ω_opt1，包括：

在第一时隙中，所述中继节点的各能量收集天线构成能量天线集合α，所述中继节点的各数据传输天线构成数据传输天线集合β，并计算所述能量天线集合α的第一时隙总功率，根据所述第一时隙总功率计算所述能量天线集合α中的天线收集总能量E₁；

在第二时隙中，所述中继节点的各能量收集天线构成能量天线集合Θ₁，所述中继节点的各数据传输天线构成数据传输天线集合Ω₁，并计算所述能量天线集合Θ₁的第二时隙总功率，根据所述第二时隙总功率计算所述能量天线集合Θ₁中的天线收集总能量E₂；

根据所述能量天线集合α中的天线收集总能量E₁和能量天线集合Θ₁中的天线收集总能量E₂计算中继节点的第二时隙总发射功率，并根据所述第二时隙总发射功率和注水功率算法计算得到中继节点的最优能量收集天线集合Θ_opt1和最优数据传输天线集合Ω_opt1，

根据注水功率算法，构建中继节点中天线的最优功率分配矩阵K₁，K₁为(N_t-L₁)×(N_t-L₁)维对角阵，N_t表示中继节点天线数目，L₁表示能量天线集合Θ₁中的天线数目，且满足tr(·)表示求矩阵的迹的运算，表示中继节点的第二时隙总发射功率，最优功率分配矩阵K₁的第i行第i列的元素为取0和中的最大值的运算，μ₁是满足的约束项，λ_i1是中继节点到目的节点链路的N_r×(N_t-L₁)维信道系数矩阵H₁的第i个特征值，N_r表示目的节点天线数目，信道系数矩阵H₁的元素为中继节点的第q₁根天线到目的节点的第p₁根天线之间链路的信道系数，1≤p₁≤N_r，1≤q₁≤N_t-L₁；

利用公式计算最优中继节点能量天线集合和最优中继节点数据天线集合,其中，表示N_r×N_r维单位矩阵，“*”表示矩阵或矢量的共轭转置，Θ_opt1和Ω_opt1分别为最优中继节点能量天线集合和最优中继节点数据天线集合，为对于任意的Θ₁和Ω₁的组合，取使得括号中的表达式值最大的Θ₁和Ω₁的组合的运算。