[发明专利]一种基于多天线能量捕获的短包通信传输性能分析方法

说明书

本发明公开了一种基于多天线能量捕获的短包通信传输系统性能分析的方法。该方法基于多天线的无线能量传输技术应用到短包通信场景下，利用源节点捕获到的能量进行信息发送；首先推导出每个用户的块错误概率的近似闭合表达式。其次通过分析服务过程的累积服务容量，得到时延边界，计算出未准确传输的概率，综合分析未准确传输及准确传输的时延违背概率，进而分析整个系统的时延性能。

技术领域

本发明属于无线通信领域，尤其涉及第五代蜂窝移动通信中超可靠低时延应用场景。

背景技术

随着无线设备变得越来越小，能源效率越来越高，能量收集正在成为为低功耗无线设备供电的潜在技术。由于射频信号可以同时携带信息和能量，这使得无线能量传输成为一种特别有吸引力的技术。如今，大多数无线设备是通过电缆或更换电池进行供电，这限制了能量的可持续性、无线通信的可移动性。在实践中，有线充电和电池更换可能不可行或招致许多无线应用程序的高成本，例如人类身体中植入的医疗器械。此外，有线充电和电池更新缩短无线移动设备的工作时间。因此，无线能量传输作为一种辅助技术，以一种相对简单、可靠的方式使得能量受限节点能够获取能量并发送信息，允许几乎无限期地延长其寿命。

但是，由于本质上较小的数据有效载荷、低延迟要求和缺乏能源资源来支持更长的传输，与大多数为互联网接入设计的无线系统相比，能量收集通信系统将会专门使用短数据包。同时，与传统的长分组传输不同，机器类通信是通过具有非常短的大小的突发分组来实现的。为了满足机器类通信的要求，第五代蜂窝移动通信提出了超可靠低时延应用场景。

物联网快速的发展，要求未来推出的无线通信系统必须支持更多的连接设备，同时对延迟和可靠性有严格要求。由于射频信号的严重功率损耗，基于射频信号的无线能量传输的主要挑战是从能量发射器到能量接收器距离上的能量传递效率的显着衰减。如何为潜在的大量物联网节点供电并维持其不间断运行是一项重大挑战。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了保证无线能量捕获系统的可靠性，本发明公开了无线通信系统中一种基于多天线能量捕获的短包通信传输方法，并在此基础上进行了性能分析。通过在能量发射器和能量接收器任意一处或者两者都配备多个天线来提高能量传输效率。能量发射器上的多个天线有助于通过数字波束成形或所谓的能量波束成形技术将发射的无线能量聚焦到能量接收器的方向，而能量接收器处的多个天线增加了接收射频信号能量收集的有效孔径面积，两者都领先显着提高能量转移效率。并在此基础上采用随机网络演算的方式分析该系统下的时延违背概率，以便能够更好地了解该系统下的性能。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明公开了无线通信系统中一种基于多天线能量捕获的短包通信传输方法，包括如下步骤：

步骤A，在多天线能量捕获短包通信系统中，为能量发射器和源节点配置多个天线，利用源节点捕获到的能量进行信息发送，根据实际需求构建了所述系统模型,并计算信道增益矩阵；

步骤B，根据步骤A的系统模型和信道增益矩阵，计算源节点捕获的能量并对其进行优化得到能量捕获的最大值，然后计算信息传输阶段的发射功率，并得到用户的信噪比以及最大可实现速率；

步骤C，计算系统的错误概率；

步骤D，利用随机网络演算的方法，求得系统的累积到达服务量及系统的传输速率；

步骤E，推导出未准确传输的概率，综合分析未准确传输及准确传输的时延违背概率，进而分析整个系统的时延性能。

其中，步骤A具体包括：