[发明专利]基于EH-MIMO通信系统的天线选择方法

说明书

本发明公开了一种基于EH‑MIMO通信系统的天线选择方法，所述方法分别从非协作和协作两个场景出发，提供了在源节点的多根天线中选择部分天线分别进行能量收集和数据传输的遍历最优算法。为了降低算法的复杂度，进一步提供了递增选择天线和递减选择天线的次优天线选择算法。本发明可以有效利用收集的能量进行数据传输，达到降低实现复杂度、优化能源利用、改善系统性能的多重目标。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及非协作和协作EH-MIMO通信系统的天线选择方法。

背景技术

MIMO技术(Multiple-Input Multiple-Output)在发射端和接收端使用多根发射天线和接收天线，能充分利用空间资源，实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下成倍的提高系统信道容量。能量收集(energy harvesting,EH)技术为无线网络的驱动提供了可再生能源，缓解了绿色无线网络的能源瓶颈问题。将通过EH技术收集能量并以此作为系统工作电源的MIMO通信系统称为EH-MIMO通信系统。

在EH-MIMO通信系统中有关天线选择的方法，现有文献记载的如应用无线信息和功率传输(SWIPT)模式的天线选择算法，由于受到无线能量传递过程和收集条件的约束，在信息和能量同时传输时，需要考虑能量和信息的功率分配比例、时间因子和功率分流因子的优化问题等，计算复杂并且算法实施难度高。

发明内容

本发明分别从非协作和协作两个场景出发，提供了在源节点的多根天线中选择部分天线分别进行能量收集和数据传输的遍历最优算法；为了降低算法的复杂度，进一步提供了递增选择天线和递减选择天线的次优天线选择算法。本发明可以有效利用收集的能量进行数据传输，达到降低实现复杂度、优化能源利用、改善系统性能的多重目标。

非协作场景下，在源节点的多根天线中各选择部分天线形成天线组合，分别用于能量收集和数据传输；用于能量收集的天线数目为L，构成能量天线集合，其余天线用于数据传输，构成数据天线集合；通过遍历搜索法，把能量与数据天线集合的所有组合表示出来，计算相应的信道容量，对应于最大信道容量的天线组合即为最优方案。

为减少计算量，还提供一种低复杂度的递增算法和递减算法用于天线选择。

递增算法：第一次遍历选择1根天线的所有情况，找出对信道容量贡献最大的一根天线，放入所选源节点数据天线集合Ω中；接着在剩下的天线中找出对信道容量贡献最大的一根并放入所选源节点数据天线集合Ω中，以此类推，直至选择出N_s-L根天线。然后，计算此时能量天线集合中的L根天线收集的能量，依据注水功率算法，得到最优的功率分配矩阵，计算相应的信道容量。

递减算法：第一次遍历选择1根天线的所有情况，找出对信道容量贡献最小的一根天线，删除该天线；接着在剩下的天线中找出对信道容量贡献最小的一根天线并删除，以此类推，直至剩余N_s-L根天线；计算此时能量天线集合中的L根天线对应收集的能量，然后依据注水功率算法，得到最优的功率分配矩阵，计算相应的信道容量。

协作场景下，一次协作过程分成两个时隙，在第一时隙，源节点利用所选择的数据天线向中继节点发送数据，该数据天线由在该时隙中由其选择的能量天线收集的能量供电，并且中继节点使用其选择的数据天线接收数据，该数据天线由其在该时隙中选择的能量天线收集的能量供电。在第二时隙，中继节点使用其选择的数据天线将数据转发到目的节点，该数据天线由该时隙中选择的能量天线收集的能量供电。分别在源节点到中继节点链路和中继节点到目的节点链路上，通过遍历搜索法，把能量与数据天线集合中形成的所有天线组合表示出来，计算相应的信道容量，对应于最大信道容量的天线组合即为最优方案。另外，分别在源节点到中继节点链路和中继节点到目的节点链路上，通过低复杂度的递增算法和递减算法，可以得到次优的天线选择方案。

具体实施方式

情形一：非协作EH-MIMO通信系统中的天线选择算法。