[发明专利]基于波形赋型技术的单用户宽带无线数据能量传输方法

权利要求书

1.一种基于波形赋型技术的单用户宽带无线数据能量传输方法，其特征在于，

包括：

S1、确定宽带多径信道模型；发射机和接收机之间的信道中富含散射体，有多条可分辨路径；信号带宽为B，真空中的光速为c，当两条相邻传播路径之差大于c/B时，这两条传播路径在接收端可以分辨出来；发射机和接收机之间的远场路径损耗为Ω_l，第l条可分辨路径的信道衰落系数表示为其中h_l为第l条路径的小尺度衰落参数，ψ_l表示第l条可分辨路径的有效性，多径传输信道的时延扩展记为τ，可分辨路径个数为L＝round(τB)，信道矩阵可以表示为h＝[h[1],h[2],h[3],…,h[L]]^T；

S2、确定收发系统模型，具体包括以下分步骤：

S21、信道探测阶段；接收机需要向发射机发送冲击信号，该信号经过连续时间多径信道传输，到达发射机；发射机根据信号发送带宽和抽样速率估计出该多径信道冲击响应的离散形式h＝[h[1],h[2],h[3],…,h[L]]^T；

S22、数能信息发送阶段；发射机要发送给接收机的调制符号流为s＝[s[0],s[1],s[2],…,s[M-1]]^T，其长度为M，其中单符号的发射功率为ε[s[m]s^*[m]]＝1，ε[·]表示求均值，s^*[m]是s[m]的共轭转置，不同的发射符号相互独立，即ε[s[m]s^*[m']]＝0，m≠m'；定义D为速率上调因子，则原始符号序列s调整为(M-1)D的序列s^[D]＝[s^[D][1],s^[D][2],s^[D][3],…,s^[D][(M-1)D]]，其中

波形赋型向量为g＝[g[1],g[2],…,g[L]]^T，满足其中P_tx是发射机天线的发射功率；将符号序列s^D在时域和波形赋型向量卷积后发射出去；

S23、数能信息接收阶段，当经过步骤S22波形赋型后的宽带信号经过多径信道到达接收机后，首先以采样因子D对接收信号进行下采样来和接收机的采样频率相匹配，以进行进一步解调；下调后的接收符号向量y中的第m个符号表示为：

其中，‘*’表示向量之间的卷积运算，H是多径向量h的Toeplitz矩阵，尺寸为H^(k)表示矩阵H的第k行，z[m]表示均值为0方差为的加性高斯白噪声；

完成符号速率下调后，接收机采用信号分割器将接收到的符号向量y在功率域进行分割，其中的信号被用于能量收集，另一部分信号用于信息解码；

S3、以最大化下行链路吞吐量为目标，得到优化问题的数学模型为：

s.t.i_DC≥i₀

Tr(G)≤P_tx

0≤ρ≤1

i₀是最小电流限制，Tr(·)表示矩阵的迹，Tr(G)表示发射机的发射功率，P_tx为基站的发射功率；

S4、求解波形赋型、接收射频信号功率分割的优化问题；具体包括以下分步骤：

S41、将原目标函数进行放缩，将非凸目标函数转化为凸目标函数；

目标函数的信干噪比的分子和分母中都有协方差矩阵G，使得目标函数难于直接球解，为此通过加入约束P_ISI≤ε₀，其中ε₀是一个极小的常数，取将目标函数转化为从而优化问题变成：

s.t.i_DC≥i₀

Tr(G)≤P_tx

0≤ρ≤1

P_ISI≤ε₀

S42、将原优化问题划分为两个子问题，第一个子问题是对发射机地波形进行设计，第二个子问题是用户接收到地射频信号进行功率分割；

第一个子问题可以表示为：

s.t.i_DC≥i₀

Tr(G)≤P_tx

P_ISI≤ε₀

第二个子问题可以表示为：

s.t.i_DC≥i₀

0≤ρ≤1

P_ISI≤ε₀

S43、分析第一个子问题，对第一个子问题进行求解；

S44、分析第二个子问题，对第二个子问题进行求解；

S45、反复迭代第一个子问题和第二个子问题，求得最优化下行链路吞吐量；

S46、通过随机产生一系列向量寻找与G^*最接近的得出g＝g_j；

S5、在发送端使用进行波形赋型。

2.根据权利要求1所述的一种基于波形赋型技术的单用户宽带无线数据能量传输方法，其特征在于，所述发射机和接收机均配有单根天线。