[发明专利]能耗最小化的多天线通信网络循环能量采集方法

摘要

本发明公开了一种能耗最小化的多天线通信网络循环能量采集方法，包括以下步骤：步骤一、网络初始化；步骤二、网络初始能量采集与信息传输；步骤三、网络时间优化分配；步骤四、网络传输阶段；本发明的有益效果是在保证所需的信息传输条件下，以能量消耗最小为目标，有效优化用户节点间信息传输与能量采集的时间分配方案，达到提高网络用户节点能量采集效率与能量利用率的目的。

主权项

1.一种能耗最小化的多天线通信网络循环能量采集方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、网络初始化：1)随机部署K+1个无线通信节点,第k个节点配置天线数为M_k，k＝0,1,…,K，令能耗最小化的多天线通信网络的综合接入点编号为0，具有可调发送功率P₀；用户节点编号为1～K，第k个用户节点初始能量E_k为0焦耳，所需发送信息量为I_k，能量转化效率为ζ_k；2)综合接入点发送下行广播信息唤醒网络，获取网络无线通信节点信道状态信息H_i,j，i,j＝0,1,…,K,i≠j，H_i,j表示第j个无线通信节点到第i个无线通信节点间的M_i×M_j信道状态信息矩阵；获取第j个用户节点到第i个用户节点的距离D_i,j和路径传输损耗系数α_i,j；3)令综合接入点与所有K个用户节点总通信时长为T秒，随机为0～K个节点分配初始工作时间t₀T,t₁T,…,t_KT，其中，t_i为时间分配权重，i＝0,1,…,K，且t₀+t₁+…+t_K＝1，令t＝[t₀t₁…t_K]；步骤二、网络初始能量采集与信息传输1)计算初始第k个用户节点传输I_k所需能耗，其中k＝1,…,K式中，为矩阵的共轭转置操作，为第k个无线通信节点到综合接入点间的信道状态信息矩阵的功率增益，δ²为噪声方差；2)基于步骤1)计算初始第k个用户节点可采集上行链路能量表示在当前时隙上行链路信息传输过程中，第k个用户节点可从前第i个用户节点采集到的能量，其中i＝1,…,k‑1；为在上一时隙上行链路信息传输过程中,第k个用户节点对后k+1～K个用户节点完成采集后累积的能量；3)计算初始第k个用户节点所需下行链路能量采集4)综合接入点在时间t₀T内以功率P₀发送下行链路信号x₀；P₀＝E₀/(t₀T)式中，{E_k,0(t)}表示不同分配时间t对应的E_k,0(t),k＝1,…,K所构成的集合；表示选取所有K个节点中的最大E_k,0(t)；各用户节点在时间t₀T内接收综合接入点发送的下行链路信号x₀，采集并存储此信号能量；第k个用户节点接收信号为y_k＝H_k,0x₀+z_k，k＝1,…,K；其中，H_k,0为综合接入点到第k个用户节点的M_k×M₀信道状态信息矩阵，z_k为加性高斯白噪声，且假定各节点所接收噪声信号功率可忽略；5)初始上行链路信息传输与能量采集第k个用户节点在时隙t_kT内按照时分多址方式发送自身上行链路信息x_k，k＝1,…,K；在时隙内对其它各用户节点的上行链路信号均实施能量采集并存储；步骤三、网络时间优化分配1)以最小能耗为准则，基于所需传输信息量I_k计算第k个用户节点所需最小下行链路能量采集式中，表示最小化不同分配时间t所对应的集合中的最大E_k,0(t),k＝1,…,K值；表示计算E_k,0(t)过程中的应满足的采集时间约束条件，且2)计算网络各用户节点所需最小下行链路能量采集的和保存对应节点分配时间t为优化后的时间分配值；步骤四、网络传输阶段在同一衰落信道块中，按照各节点优化后的时间分配值t，采用时分多址传输方式进行信息传输与能量采集；在下一信道衰落信道块中，若信道状态信息发生改变，则对网络各节点分配时间重新进行优化，重复执行步骤三；否则，仍按当前各节点优化后的时间分配值，采用时分多址传输方式进行信息传输与能量采集。