[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

说明书

本发明公开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，应用于数能一体化通信网络技术领域，针对现有的宽带信号进行无线信息能量同传下行链路吞吐量不高的问题，本发明发射机将波形赋型过的信号通过宽带多径信道发送到接收机，接收机采用信号分割器将接收到的信号在功率域进行分割，分割后的信号包括两部分，其中一部分用于能量收集，另一部分用于信息解码；通过优化发送波形赋型、接收信号功率分割，在满足接收机接收电流的条件下，最大限度的提高下行链路吞吐量。

技术领域

本发明属于数能一体化通信网络技术领域，特别涉及一种基于波形赋型技术的单用户宽带无线数据能量传输策略设计。

背景技术

随着通信技术的迅速发展，大规模物联网产生，其发展迅速，应用领域又涉及方方面面，有效推动了如工业、农业、安保等基础设施领域的发展，使得有限的资源被更加合理分配。人们的日常生活已离不开物联网，未来物联网在各种应用的广泛进步必然使网络设备的能耗成倍增加。目前，全球已有数百亿的设备加入物联网，这些设备工作需要大量能量，而现有的电池供电方案由于其充电时间的活动局限性和电池寿命等问题给物联网的实现带来巨大挑战，此外，大量电池的使用和替换不可避免的招致材料浪费、高昂维护费、环境污染等多重问题。

为弥补物联网设备的能源短缺问题，研究人员不断探索崭新领域以达到为大量微型设备提供无间断能源的目的，因此一系列无线功率传输技术被提出。感应耦合和磁共振耦合技术已经被一些知名移动公司，如华为、小米等，用来为其手机产品无线充电。然而以上两种技术只能满足超短距离的设备的能量需求，很显然，其并不适合用于为远程物联网设备提供能源。相比之下射频信号能够传输较远的距离，因而可以为远程物联网设备提供灵活可控的无线功率，物联网设备的使用寿命得以大大延长，维护成本显著降低。

使用宽带信号进行无线信息能量同传服务是今年来新兴的问题，宽带信号在信道中具有很高的分辨率，经过富含散射体的信道会形成大量的可分辨路径，对发射信号进行波形赋型可以有效对抗多径衰落效应，提高无线能量传输和无线信息传输的质量。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出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，在具体的实施方案中实际考虑接收电流约束，同时联合优化波形赋型和接收射频信号功率分割方案，来最大化下行链路吞吐量。

本发明采用的技术方案为：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，在满足接收机接收电流的条件下，通过优化发送波形赋型、接收信号功率分割，最大化下行链路吞吐量，求解得到最佳波形赋型和用户功率分割方案。

具体包括发射机和接收机，所述发射机和接收机均配有单根天线。

发射机将波形赋型过的信号通过宽带多径信道发送到接收机。

接收机采用信号分割器将接收到的信号在功率域进行分割。

分割后的信号包括两部分，其中一部分用于能量收集，另一部分用于信息解码。

接收机包括信息解调器，根据信息解码部分，计算接收机信息解调器的信干噪比；根据接收机信息解调器的信干噪比，得到无线信息传输的吞吐量表达式；以最大化下行链路吞吐量为目标，得到最终的优化问题。

所述优化问题包括三个约束条件：

第一约束条件为能量收集部分的射频信号经过整流器变成的直流电流大于或等于最小电流限制；

第二约束条件为发射机得发射功率小于或等于基站的发射功率P_tx；

第三约束条件为功率分割因子取值范围为[0,1]。