本發(fā)明涉及無(wú)線充電領(lǐng)域，特別涉及一種多節(jié)點(diǎn)分布式射頻無(wú)線充電方法。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)代無(wú)線傳感器技術(shù)是將信息自動(dòng)化控制技術(shù)與現(xiàn)實(shí)世界相互連接的橋梁。例如RFID、物聯(lián)網(wǎng)和環(huán)境傳感等無(wú)線傳感器技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于物流和倉(cāng)庫(kù)管理、工業(yè)控制、環(huán)境和建筑物監(jiān)測(cè)、醫(yī)療監(jiān)護(hù)和智能家居等領(lǐng)域，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化和城市管理智能化的關(guān)鍵技術(shù)。通常無(wú)線傳感器由電池供電，然而無(wú)線傳感器往往由于尺寸的限制，自身攜帶的電池容量非常有限，不能夠持續(xù)的支持器件的平穩(wěn)運(yùn)行，從而需要頻繁的手動(dòng)更換電池，或者間歇性的連接電源充電來(lái)維持正常的運(yùn)行。顯然，傳感器間歇性的供電中斷會(huì)造成高概率的監(jiān)控中斷，影響應(yīng)用服務(wù)的穩(wěn)定性；同時(shí)，頻繁的手動(dòng)更換電池會(huì)對(duì)一些大型的傳感器網(wǎng)絡(luò)造成很高的運(yùn)營(yíng)開(kāi)支，比如擁有幾千個(gè)傳感器的物聯(lián)網(wǎng)；此外，在一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)所，更換電池會(huì)帶來(lái)極大的不便，比如植入人體的醫(yī)療電子傳感器和植入建筑混凝土結(jié)構(gòu)中的傳感器等。另外一種常用的供電方式為環(huán)境能量采集，即無(wú)線傳感器通過(guò)太陽(yáng)能板、壓控能量轉(zhuǎn)換器和射頻能量接收天線等器件采集期間周圍環(huán)境中包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、動(dòng)能和射頻信號(hào)等的能量，并將能量保存在可充電電池中用于之后的使用。這些能量源由于并不是專用于給無(wú)線傳感器供電，可采集能量的機(jī)會(huì)往往是間斷性的，采集到能量的多少也是時(shí)變而不可控的。因此，基于能量采集的無(wú)線傳感器的性能在急需能量供應(yīng)時(shí)無(wú)法得到有效的保障。相比于電池和環(huán)境能量采集供電技術(shù)，無(wú)線射頻電力傳輸技術(shù)利用射頻信號(hào)的傳播特性，能夠在對(duì)最大距離10米外的無(wú)線設(shè)備進(jìn)行有效的充電。在原理上，能量發(fā)射節(jié)點(diǎn)通過(guò)專用射頻天線將能量信號(hào)發(fā)送至中遠(yuǎn)距離的無(wú)線設(shè)備，而無(wú)線設(shè)備通過(guò)專用的能量接收天線以及能量采集電路，將接收到的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)來(lái)為器件供電，或者將能量?jī)?chǔ)存在電池中?，F(xiàn)在市場(chǎng)上已經(jīng)存在一些商業(yè)化的無(wú)線充電設(shè)備，包括Powercast公司的無(wú)線能量收發(fā)器和英特爾公司的無(wú)線供電RFID套裝等。相比于電池和環(huán)境能量采集供電技術(shù)，無(wú)線射頻電力傳輸技術(shù)不會(huì)中斷器件的正常運(yùn)行，能夠持續(xù)的為器件供電。更重要的是，傳輸能量信號(hào)的大小、波形、時(shí)間和頻率等參數(shù)均為可以調(diào)節(jié)的參數(shù)。因此，可以通過(guò)優(yōu)化傳輸信號(hào)來(lái)提高能量傳輸?shù)男省，F(xiàn)有射頻無(wú)線充電技術(shù)的一個(gè)主要缺陷是其較低的能量傳輸效率。1個(gè)1瓦的能量傳輸節(jié)點(diǎn)發(fā)送射頻信號(hào)到10米處的無(wú)線設(shè)備處的接收功率約為幾十微瓦，該功率可能無(wú)法滿足未來(lái)高性能無(wú)線傳感器的能耗需求。雖然業(yè)界陸續(xù)提出了一些物理層技術(shù)來(lái)提高傳輸效率，比如使用多天線系統(tǒng)和更高效的能量采集電路，由于射頻信號(hào)很快的能量衰落速率，整體而言對(duì)單個(gè)節(jié)點(diǎn)能量傳輸?shù)男阅芴岣呤钟邢蕖Ｔ诿鎸?duì)較大規(guī)模的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的供電問(wèn)題時(shí)，采用多個(gè)能量節(jié)點(diǎn)來(lái)協(xié)同傳輸能量尤為必要。當(dāng)前的無(wú)線電力傳輸控制技術(shù)主要是針對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電力傳輸應(yīng)用，如使用多天線技術(shù)來(lái)提高單一無(wú)線設(shè)備接收到的能量。當(dāng)使用多個(gè)能量節(jié)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行聯(lián)合傳輸時(shí)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸控制沒(méi)有充分挖掘射頻信號(hào)的廣播特性，忽略了多個(gè)能量節(jié)點(diǎn)能量在一個(gè)無(wú)線設(shè)備上的疊加效應(yīng)，因此造成了很大的傳輸能量浪費(fèi)。同時(shí)，由于無(wú)線終端在位置和設(shè)備性能上的差異，忽略網(wǎng)絡(luò)整體布局的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸控制方法往往會(huì)造成嚴(yán)重的用戶不公平，導(dǎo)致一部分用戶可能接收到的能量過(guò)剩，而另外一些用戶卻嚴(yán)重的能量不足，進(jìn)而造成很短的器件運(yùn)行壽命，縮短整體網(wǎng)絡(luò)的正常工作時(shí)間，降低了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性?，F(xiàn)有的一些無(wú)線充電控制方案提出了基于無(wú)線信道狀況的傳輸端實(shí)時(shí)資源分配，比如使用能量波束成型和頻域功率分配等方法來(lái)提高能量效率和用戶公平性。然而在實(shí)際的多個(gè)能量節(jié)點(diǎn)和多個(gè)無(wú)線終端的網(wǎng)絡(luò)中，基于信道的無(wú)線資源分配往往會(huì)造成巨大的系統(tǒng)資源開(kāi)銷用于向能量節(jié)點(diǎn)傳遞無(wú)線信道的狀況，從而直接降低無(wú)線能量傳輸?shù)男剩踔習(xí)?dǎo)致能量開(kāi)銷大于性能提升的情況，反而造成總體的網(wǎng)絡(luò)性能下降。綜上所述，現(xiàn)有無(wú)線充電控制技術(shù)應(yīng)用于多能量傳輸節(jié)點(diǎn)和多終端用戶的無(wú)線系統(tǒng)中時(shí)有以下技術(shù)缺陷：·較低的能量傳輸效率；·多能量節(jié)點(diǎn)傳輸時(shí)的能量浪費(fèi)；·用戶能量接收的不公平；實(shí)現(xiàn)傳輸端實(shí)時(shí)資源分配時(shí)會(huì)造成巨大的系統(tǒng)資源開(kāi)銷。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種多節(jié)點(diǎn)分布式射頻無(wú)線充電方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中多能量節(jié)點(diǎn)傳輸時(shí)的能量浪費(fèi)的問(wèn)題。本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：設(shè)計(jì)和制造一種多節(jié)點(diǎn)分布式射頻無(wú)線充電方法，包括如下步驟：(A)在每一個(gè)電力傳輸時(shí)隙開(kāi)始時(shí)，每一個(gè)無(wú)線終端WD輪流向能量節(jié)點(diǎn)EN發(fā)送信號(hào)，用于讓EN知曉各個(gè)WD的當(dāng)前電池階段狀態(tài)；(B)每一個(gè)能量節(jié)點(diǎn)EN向分配給自己的頻率子信道上發(fā)送訓(xùn)練序列，每一個(gè)無(wú)線終端WD根據(jù)訓(xùn)練序列來(lái)估計(jì)所有子信道的增益；(C)每一個(gè)無(wú)線終端WD根據(jù)自己的電池電量選擇一定量的子信道進(jìn)行反饋；(D)每一個(gè)能量節(jié)點(diǎn)EN根據(jù)接收到的選票對(duì)自己子信道上的傳輸功率進(jìn)行分配。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟(A)中，將每一個(gè)無(wú)線終端WD的電池狀態(tài)發(fā)送至能量節(jié)點(diǎn)EN，電池狀態(tài)分為不同的階段并對(duì)每個(gè)階段分別進(jìn)行標(biāo)示，能量節(jié)點(diǎn)EN知曉無(wú)線終端WD的初始電池階段狀態(tài)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟(A)中，相鄰的兩個(gè)電力傳輸時(shí)隙，同一個(gè)無(wú)線終端WD會(huì)產(chǎn)生前后兩個(gè)電池狀態(tài)，當(dāng)前一個(gè)電池狀態(tài)和后一個(gè)電池狀態(tài)不同時(shí)將發(fā)送信號(hào)至對(duì)應(yīng)的能量節(jié)點(diǎn)EN，當(dāng)前一個(gè)電池狀態(tài)和后一個(gè)電池狀態(tài)相同時(shí)則不發(fā)送信號(hào)至對(duì)應(yīng)的能量節(jié)點(diǎn)EN，經(jīng)過(guò)該反饋機(jī)制，能量節(jié)點(diǎn)EN可以知曉所有無(wú)線終端WD的當(dāng)前電池階段狀態(tài)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：每一個(gè)電力傳輸時(shí)隙分為信道訓(xùn)練、信道反饋以及無(wú)線能量傳輸三個(gè)部分；所述信道訓(xùn)練為每一個(gè)能量節(jié)點(diǎn)EN在每一個(gè)自己分配到的子頻段上使用通信模塊發(fā)送信道訓(xùn)練序列，而每一個(gè)無(wú)線終端WD使用通信模塊獨(dú)立地估計(jì)自己的有限個(gè)子信道增益；所述信道反饋為不同的無(wú)線終端輪流地使用通信模塊將估計(jì)到的有限個(gè)子信道中部分信道有選擇性地反饋給對(duì)應(yīng)的能量節(jié)點(diǎn)；所述無(wú)線能量傳輸為不同的能量節(jié)點(diǎn)分別根據(jù)對(duì)應(yīng)的無(wú)線終端的信道反饋，單獨(dú)地做出傳輸功率在頻率子信道上分配的決定。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：進(jìn)行反饋時(shí)采用基于用戶投票的信道反饋機(jī)制；不同的無(wú)線終端估計(jì)完對(duì)應(yīng)的子信道的信道增益后，選擇適合的信道并按照增益的順序?qū)⑿诺谰幪?hào)同時(shí)發(fā)送給不同的能量節(jié)點(diǎn)EN；每一個(gè)能量節(jié)點(diǎn)EN接收到不同的無(wú)線終端的投票后，對(duì)分配給自己的子信道得到的選票進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：對(duì)選票進(jìn)行統(tǒng)計(jì)之前，選票的權(quán)重按W矩陣進(jìn)行計(jì)算；矩陣中每一個(gè)元素W(i,j)表示當(dāng)投票的無(wú)線終端WD處于第i個(gè)電池能量階段，且該選票所對(duì)應(yīng)的子信道排在該無(wú)線終端WD所選擇的全部信道的第j位時(shí)的得票權(quán)重，其中能量級(jí)別越低所對(duì)應(yīng)的剩余能量也越少；W矩陣是系統(tǒng)所有能量節(jié)點(diǎn)EN和無(wú)線終端WD均事先知曉的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，在充電控制的過(guò)程中是固定不變的。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：當(dāng)每一個(gè)能量節(jié)點(diǎn)接收到來(lái)自用戶的選票的時(shí)候，就將對(duì)自己分配到的子信道得到的選票進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，選票的和為所有投給該子信道的選票的權(quán)重加和，其公式為：其中，Wk表示分配給第k個(gè)WD反饋的子信道的集合，Bk為第k個(gè)WD所處在的能量階段，Rj,k表示第j個(gè)信道在第k個(gè)WD反饋的子信道中的排名，即為第k個(gè)WD投給第j個(gè)子信道的選票的權(quán)重。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟(D)中，當(dāng)每一個(gè)能量節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)完分配給自己的頻率子信道所得到的選票，就按照以下的單一子信道功率分配方法對(duì)傳輸功率P0進(jìn)行頻域的分配：如果該能量節(jié)點(diǎn)的所有子信道都沒(méi)有收到選票，傳輸功率將被均勻得分配到所有的子信道；除此之外，全部的傳輸功率將被分配到得票最高的子信道。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟(C)中，反饋按以下方式來(lái)進(jìn)行：當(dāng)剩余能量很少的無(wú)線終端WD時(shí)，反饋的頻率子信道數(shù)量也少；當(dāng)剩余能量很多的無(wú)線終端WD時(shí)，反饋的頻率子信道數(shù)量也少；當(dāng)剩余能量適中的無(wú)線終端WD時(shí)，反饋較多數(shù)量的頻率子信道。本發(fā)明的有益效果是：通過(guò)聯(lián)合考慮無(wú)線器件的電池電量和無(wú)線信道狀況，本發(fā)明能夠有效的對(duì)能量節(jié)點(diǎn)的傳輸功率進(jìn)行頻域分配，實(shí)現(xiàn)傳輸效率和用戶公平性的均衡。經(jīng)驗(yàn)證，相比于簡(jiǎn)單無(wú)控制的無(wú)線充電技術(shù)，本發(fā)明能夠平均延長(zhǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)超過(guò)40％的運(yùn)行壽命；消除了能量節(jié)點(diǎn)協(xié)同傳輸時(shí)信令等系統(tǒng)資源的開(kāi)銷，實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)明高效；每一個(gè)無(wú)線設(shè)備只需要估計(jì)本地子信道強(qiáng)度，并根據(jù)估計(jì)投出數(shù)量非常有限的選票，有效的節(jié)約了無(wú)線設(shè)備的硬件成本和用于反饋的能量開(kāi)銷。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明模型示意圖；圖2是本發(fā)明中信道反饋示意圖；圖3是本發(fā)明充電控制示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。一種多節(jié)點(diǎn)分布式射頻無(wú)線充電方法，包括如下步驟：(A)在每一個(gè)電力傳輸時(shí)隙開(kāi)始時(shí)，每一個(gè)無(wú)線終端WD輪流向能量節(jié)點(diǎn)EN發(fā)送信號(hào)，用于讓EN知曉各個(gè)WD的當(dāng)前電池階段狀態(tài)；(B)每一個(gè)能量節(jié)點(diǎn)EN向分配給自己的頻率子信道上發(fā)送訓(xùn)練序列，每一個(gè)無(wú)線終端WD根據(jù)訓(xùn)練序列來(lái)估計(jì)所有子信道的增益；(C)每一個(gè)無(wú)線終端WD根據(jù)自己的電池電量選擇一定量的子信道進(jìn)行反饋；(D)每一個(gè)能量節(jié)點(diǎn)EN根據(jù)接收到的選票對(duì)自己子信道上的傳輸功率進(jìn)行分配。所述步驟(A)中，將每一個(gè)無(wú)線終端WD的電池狀態(tài)發(fā)送至能量節(jié)點(diǎn)EN，電池狀態(tài)分為不同的階段并對(duì)每個(gè)階段分別進(jìn)行標(biāo)示，能量節(jié)點(diǎn)EN知曉無(wú)線終端WD的初始電池階段狀態(tài)。所述步驟(A)中，相鄰的兩個(gè)電力傳輸時(shí)隙，同一個(gè)無(wú)線終端WD會(huì)產(chǎn)生前后兩個(gè)電池狀態(tài)，當(dāng)前一個(gè)電池狀態(tài)和后一個(gè)電池狀態(tài)不同時(shí)將發(fā)送信號(hào)至對(duì)應(yīng)的能量節(jié)點(diǎn)EN，當(dāng)前一個(gè)電池狀態(tài)和后一個(gè)電池狀態(tài)相同時(shí)則不發(fā)送信號(hào)至對(duì)應(yīng)的能量節(jié)點(diǎn)EN。經(jīng)過(guò)該反饋機(jī)制，能量節(jié)點(diǎn)EN可以知曉所有無(wú)線終端WD的當(dāng)前電池階段狀態(tài)。在一實(shí)施例中，步驟(A)中，電池被分為少數(shù)幾個(gè)電池階段(比如5個(gè)階段)，假設(shè)所有的EN知道WD的初始電池階段。此后，在每一次無(wú)線電力傳輸時(shí)隙的開(kāi)始階段，每一個(gè)WD廣播自己相比于之前一個(gè)時(shí)隙電池階段的改變(變高發(fā)送1，變低發(fā)送0，如果沒(méi)有變化就不發(fā)送)，因此EN可以知曉所有的EN的當(dāng)前電池階段，從而對(duì)此后WD發(fā)送的選票進(jìn)行加權(quán)統(tǒng)計(jì)。發(fā)送的信號(hào)是WD當(dāng)前的電池狀態(tài)，只有當(dāng)前電池階段發(fā)生改變時(shí)才會(huì)發(fā)送：如果電池階段下降，則發(fā)送0；如果上升，發(fā)送1；否則不發(fā)送。在適當(dāng)?shù)牡胤阶⒚麟姵仉A段的定義，即將電池電量分為少量的幾個(gè)階段，同時(shí)，EN知道各個(gè)WD的初始電池狀態(tài)。每一個(gè)電力傳輸時(shí)隙分為信道訓(xùn)練、信道反饋以及無(wú)線能量傳輸三個(gè)部分；所述信道訓(xùn)練為每一個(gè)能量節(jié)點(diǎn)EN在每一個(gè)自己分配到的子頻段上使用通信模塊發(fā)送信道訓(xùn)練序列，而每一個(gè)無(wú)線終端WD使用通信模塊獨(dú)立地估計(jì)自己的有限個(gè)子信道增益；所述信道反饋為不同的無(wú)線終端輪流地使用通信模塊將估計(jì)到的有限個(gè)子信道中部分信道有選擇性地反饋給對(duì)應(yīng)的能量節(jié)點(diǎn)；所述無(wú)線能量傳輸為不同的能量節(jié)點(diǎn)分別根據(jù)對(duì)應(yīng)的無(wú)線終端的信道反饋，單獨(dú)地做出傳輸功率在頻率子信道上分配的決定。進(jìn)行反饋時(shí)采用基于用戶投票的信道反饋機(jī)制；不同的無(wú)線終端估計(jì)完對(duì)應(yīng)的子信道的信道增益后，選擇適合的信道并按照增益的順序?qū)⑿诺谰幪?hào)同時(shí)發(fā)送給不同的能量節(jié)點(diǎn)EN；每一個(gè)能量節(jié)點(diǎn)EN接收到不同的無(wú)線終端的投票后，對(duì)分配給自己的子信道得到的選票進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。對(duì)選票進(jìn)行統(tǒng)計(jì)之前，選票的權(quán)重按W矩陣進(jìn)行計(jì)算；矩陣中每一個(gè)元素W(i,j)表示當(dāng)投票的無(wú)線終端WD處于第i個(gè)電池能量階段，且該選票所對(duì)應(yīng)的子信道排在該無(wú)線終端WD所選擇的全部信道的第j位時(shí)的得票權(quán)重，其中能量級(jí)別越低所對(duì)應(yīng)的剩余能量也越少；W矩陣是系統(tǒng)所有能量節(jié)點(diǎn)EN和無(wú)線終端WD均事先知曉的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，在充電控制的過(guò)程中是固定不變的。當(dāng)每一個(gè)能量節(jié)點(diǎn)接收到來(lái)自用戶的選票的時(shí)候，就將對(duì)自己分配到的子信道得到的選票進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，選票的和為所有投給該子信道的選票的權(quán)重加和，其公式為：其中，Wk表示分配給第k個(gè)WD反饋的子信道的集合，Bk為第k個(gè)WD所處在的能量階段，Rj,k表示第j個(gè)信道在第k個(gè)WD反饋的子信道中的排名，即為第k個(gè)WD投給第j個(gè)子信道的選票的權(quán)重。所述步驟(D)中，當(dāng)每一個(gè)能量節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)完分配給自己的頻率子信道所得到的選票，就按照以下的單一子信道功率分配方法對(duì)傳輸功率P0進(jìn)行頻域的分配：如果該能量節(jié)點(diǎn)的所有子信道都沒(méi)有收到選票，傳輸功率將被均勻得分配到所有的子信道；除此之外，全部的傳輸功率將被分配到得票最高的子信道。所述步驟(C)中，反饋按以下方式來(lái)進(jìn)行：當(dāng)剩余能量很少的無(wú)線終端WD時(shí)，反饋的頻率子信道數(shù)量也少；當(dāng)剩余能量很多的無(wú)線終端WD時(shí)，反饋的頻率子信道數(shù)量也少；當(dāng)剩余能量適中的無(wú)線終端WD時(shí)，反饋較多數(shù)量的頻率子信道。在一實(shí)施例中，圖3為本發(fā)明所設(shè)計(jì)的充電控制算法在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用，具體來(lái)說(shuō)充電的過(guò)程分為以下4步：1.首先，在一個(gè)電力傳輸時(shí)隙開(kāi)始時(shí)，每一個(gè)WD輪流向能量節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)1：表示當(dāng)前電池階段相比于上個(gè)時(shí)隙有變化，并且能量增加，階段數(shù)加一；0：表示當(dāng)前電池階段相比于上個(gè)時(shí)隙有變化，并且能量減少，階段數(shù)減一。如果當(dāng)前電池階段沒(méi)有變化，就不傳輸任何信息。當(dāng)每一個(gè)WD的電池初始狀態(tài)已知時(shí)，通過(guò)這種簡(jiǎn)單的1比特反饋就可以讓所有的EN知道每一個(gè)WD當(dāng)前的剩余電池狀態(tài)；2.然后，每一個(gè)EN向分配給自己的頻率子信道上發(fā)送訓(xùn)練序列，每一個(gè)WD根據(jù)訓(xùn)練序列來(lái)估計(jì)所有子信道的增益；3.每一個(gè)WD根據(jù)自己的電池電量選擇一定量的子信道進(jìn)行反饋，只需要反饋?zhàn)有诺赖木幪?hào)，不需要反饋實(shí)際的信道增益。具體方法請(qǐng)參照本發(fā)明申請(qǐng)書(shū)的第2部分；4.每一個(gè)EN根據(jù)接收到的選票對(duì)自己子信道上的傳輸功率進(jìn)行分配，詳細(xì)方法請(qǐng)見(jiàn)本發(fā)明申請(qǐng)書(shū)的第3部分。各個(gè)WD對(duì)EN所傳輸?shù)哪芰窟M(jìn)行接收直至本時(shí)隙的結(jié)束，然后返回重復(fù)第1步。在又一實(shí)施例中，圖1示意了一個(gè)兩個(gè)能量節(jié)點(diǎn)(EN)和兩個(gè)無(wú)線終端(WD)的無(wú)線射頻充電網(wǎng)絡(luò)，其原理可以直接拓展到大于兩個(gè)EN和WD的應(yīng)用場(chǎng)景。其中，系統(tǒng)總帶寬D被均分N＝D/Ω?jìng)€(gè)帶寬等于系統(tǒng)相關(guān)帶寬Ω的子頻段，并且每個(gè)子頻段被均勻的分配給兩個(gè)能量節(jié)點(diǎn)(EN)。通過(guò)這樣的頻段分配可以保證每一個(gè)EN所分配到的子頻段上的信道衰落彼此獨(dú)立。每一個(gè)能量節(jié)點(diǎn)和無(wú)線終端都能夠自由的在能量和信息傳輸之間隨意切換模式。其中能量信號(hào)和信息信號(hào)分別用綠色和紅色來(lái)表示。其中，每一個(gè)傳輸時(shí)隙被分為三個(gè)部分：第一個(gè)部分(信道訓(xùn)練)：每一個(gè)EN在每一個(gè)自己分配到的子頻段上使用通信模塊發(fā)送信道訓(xùn)練序列，而每一個(gè)WD使用通信模塊獨(dú)立地估計(jì)自己的N個(gè)子信道增益；第二個(gè)部分(信道反饋)：WD1和WD2輪流地使用通信模塊將估計(jì)到的N個(gè)子信道中部分信道有選擇性地反饋給EN1和EN2，詳細(xì)信道反饋方法請(qǐng)參見(jiàn)圖2。第三個(gè)部分(無(wú)線能量傳輸)：EN1和EN2分別根據(jù)WD的信道反饋，單獨(dú)地做出傳輸功率在頻率子信道上分配的決定。兩個(gè)EN通過(guò)能量發(fā)送電路同時(shí)發(fā)送射頻能量，而兩個(gè)WD分別使用各自的能量采集電路來(lái)接收能量。圖2中示意了本發(fā)明所提出的基于用戶投票的信道反饋機(jī)制。仍然依照?qǐng)D1中兩個(gè)EN和兩個(gè)WD的系統(tǒng)設(shè)置，假設(shè)每個(gè)EN被分配到4個(gè)頻率子信道(SC)，系統(tǒng)共N＝8個(gè)頻率子信道?！D1估計(jì)完8個(gè)子信道的信道增益后，選擇最好的4個(gè)信道，按照增益的順序?qū)⑿诺谰幪?hào){3,4,7,1}發(fā)送給兩個(gè)EN。·WD2估計(jì)完8個(gè)子信道的信道增益后，選擇最好的4個(gè)信道，按照增益的順序?qū)⑿诺谰幪?hào){4,8,2,6}發(fā)送給兩個(gè)EN?！N1接收到來(lái)自于W1和W2的投票之后，對(duì)分配給自己的{1,3,5,7}子信道得到的選票進(jìn)行統(tǒng)計(jì)?！N2接收到來(lái)自于W1和W2的投票之后，對(duì)分配給自己的{2,4,6,8}子信道得到的選票進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。值得注意的是，該投票反饋機(jī)制有以下設(shè)計(jì)規(guī)則：·反饋的數(shù)量：剩余能量很少的WD，為了節(jié)約能量，反饋的頻率子信道數(shù)量也少；同時(shí)，剩余能量很多的WD，為了避免采集的能量溢出，反饋的頻率子信道數(shù)量也少；只有剩余能量適中的WD才會(huì)反饋較多數(shù)量的頻率子信道。選票的權(quán)重：一個(gè)用戶的剩余能量越少，其所投票的權(quán)重越大；對(duì)于同一個(gè)用戶，信道增益較大的信道所對(duì)應(yīng)的選票權(quán)重越大。具體而言，每一張選票的權(quán)重可以根據(jù)以下例子中的矩陣來(lái)進(jìn)行計(jì)算：w=632702190631100]]>其中，矩陣中每一個(gè)元素W(i,j)表示當(dāng)投票的WD處于第i個(gè)能量階段，且該選票所對(duì)應(yīng)的子信道排在該WD所選擇的全部信道的第j位時(shí)的得票權(quán)重。其中能量級(jí)別越低所對(duì)應(yīng)的剩余能量也越少。比如以上設(shè)計(jì)中的W就將電池的容量分割為4個(gè)階段。當(dāng)某WD處于第一能量階段，即能量馬上要枯竭的時(shí)候，它就將發(fā)送兩個(gè)頻率子信道反饋給能量節(jié)點(diǎn)，其中排在第一(即最強(qiáng)的子信道)的子信道得票權(quán)重為W(1,1)＝63，而排在第二的子信道得票權(quán)重為W(1,2)＝27。當(dāng)該WD處于第4能量階段的時(shí)候，即剩余能量接近最大容量時(shí)，就只發(fā)送一個(gè)子信道反饋，其權(quán)重僅僅為1。一般來(lái)說(shuō)，WD只需要反饋很少量的子信道，比如最多反饋30個(gè)子信道中的4個(gè)。W矩陣是系統(tǒng)所有EN和WD均事先知曉的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，在充電控制的過(guò)程中是固定不變的。此外，在不同系統(tǒng)中，W矩陣的具體數(shù)值是可以根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行調(diào)節(jié)的，如根據(jù)用戶數(shù)的多少，頻率子信道的數(shù)量等。當(dāng)每一個(gè)能量節(jié)點(diǎn)接收到來(lái)自用戶的選票的時(shí)候，就將對(duì)自己分配到的子信道得到的選票進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。具體來(lái)講，某一個(gè)子信道j得到的選票vj為所有投給該子信道的選票的權(quán)重加和，即其中Wk表示分配給第k個(gè)WD反饋的子信道的集合，Bk為第k個(gè)WD所處在的能量階段，Rj,k表示第j個(gè)信道在第k個(gè)WD反饋的子信道中的排名，即為第k個(gè)WD投給第j個(gè)子信道的選票的權(quán)重。當(dāng)每一個(gè)能量節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)完分配給自己的頻率子信道所得到的選票，就按照以下的單一子信道功率分配方法對(duì)傳輸功率P0進(jìn)行頻域的分配：即如果該能量節(jié)點(diǎn)的所有子信道都沒(méi)有收到選票，傳輸功率將被均勻得分配到所有的N個(gè)子信道；除此之外，全部的傳輸功率將被分配到得票最高的子信道。本發(fā)明所提出的完全分布式的充電算法不需要在各個(gè)能量節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行協(xié)作傳輸。每一個(gè)能量節(jié)點(diǎn)只需要統(tǒng)計(jì)自己得到的選票就可以進(jìn)行功率分配。無(wú)線設(shè)備只需要簡(jiǎn)單的信道估計(jì)能力和數(shù)據(jù)發(fā)射能力。具體而言，每一個(gè)無(wú)線設(shè)備只需要估計(jì)本地子信道強(qiáng)度，并根據(jù)估計(jì)投出數(shù)量非常有限的選票，有效的節(jié)約了無(wú)線設(shè)備的硬件成本和用于反饋的能量開(kāi)銷。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3