Mu-das無(wú)線攜能通信系統(tǒng)的最優(yōu)魯棒構(gòu)造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及通信技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及MU-DAS無(wú)線攜能通信系統(tǒng)的最優(yōu)魯椿構(gòu)造 方法。
【背景技術(shù)】
[000引 無(wú)線攜能通信（SimultaneousWirelessInformationandPower Transfer,SWIPT)是在現(xiàn)有無(wú)線供電技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)某種技術(shù)手段，在完成能量的傳輸 與收集巧nergyHarvesting,EH)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)高效可靠通信，從而充分利用寶貴的發(fā)射功 率。基于信息與能量并行傳輸該一顯著特點(diǎn)，SWIPT技術(shù)有望廣泛用于高速射頻標(biāo)簽（Radio 化equen巧Identification,RFID)、物聯(lián)網(wǎng)W及各類移動(dòng)終端之間的信息交換與能量傳 輸，在實(shí)現(xiàn)高速信息交換的同時(shí)，通過(guò)提取接收信號(hào)中的能量有效地向各種終端設(shè)備饋電， 從而取代傳統(tǒng)有線或電池供電所帶來(lái)的不便，減小終端設(shè)備的體積與成本，并延長(zhǎng)其待機(jī) 時(shí)間。
[000引分布式天線系統(tǒng)值istributedantennasyste化DA巧無(wú)線移動(dòng)通信領(lǐng)域技術(shù)的 重大突破。分布式天線技術(shù)主要由分布式天線單元和信號(hào)處理中屯、組成。研究表明，與傳 統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)相比，分布式天線技術(shù)在覆蓋范圍，信道容量，有效地抵抗路徑損耗和陰影衰落 的影響，同信道干擾抑制和較少發(fā)射功率消耗等方面均具有明顯優(yōu)勢(shì)。在下行傳輸，分布式 天線單元能實(shí)現(xiàn)有效地多用戶空分多址（spatialdivisionmultipleaccess,SDMA),具 有減少小區(qū)內(nèi)干擾，提高頻率復(fù)用因子等優(yōu)勢(shì)。在無(wú)線多天線系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)射機(jī)知道信道狀 態(tài)信息時(shí)，可采用簡(jiǎn)單的波束成形技術(shù)來(lái)獲取滿發(fā)射分集增益和一定的陣列增益。最近研 究結(jié)果表明線性次優(yōu)的波束成形方法能夠接近于臟紙編碼（dirtypapercoding,DPC)相 同的漸進(jìn)求和容量。由于反饋的數(shù)目有限，信道估計(jì)和量化誤差的存在，導(dǎo)致發(fā)射機(jī)端獲得 的系統(tǒng)信道信息與真實(shí)的信道信息之間存在一定的誤差。則根據(jù)不完全信道信息計(jì)算得到 的波束成形方案性能也會(huì)受到很大影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種MU-DAS無(wú)線攜能通信系統(tǒng)的魯椿構(gòu)造 方法，能夠解決W各天線單位功率和終端采集功率量為限制的最大化最糟終端的信號(hào)與干 擾加噪聲比（Si即altoInte;rferenceplusNoiseRatio，SINR)優(yōu)化問(wèn)題，從而獲取最優(yōu) 的功率分裂因子和波束成形向量。
[0005] 第一方面，本發(fā)明提供了一種MU-DAS無(wú)線攜能通信系統(tǒng)的魯椿構(gòu)造方法，所述方 法包括：
[0006] S1 ;獲取系統(tǒng)中各終端的信道估計(jì)矩陣；
[0007] S2 所述信道估計(jì)矩陣為中屯、，W預(yù)設(shè)的估計(jì)誤差范圍為半徑建立歐幾里得球 體，作為信道估計(jì)模型；
[000引 S3;根據(jù)所述信道估計(jì)模型，確定各分布天線單元功率限制和各終端所需最小的 采集功率，并構(gòu)建最糟信干噪比的最大優(yōu)化問(wèn)題模型；
[0009] S4;將所述最糟信干噪比的最大優(yōu)化問(wèn)題模型轉(zhuǎn)化為各分布式天線功率平衡問(wèn)題 模型；
[0010] S5 ;根據(jù)S-procedure理論和Schur'Scomplement理論，更新信干噪比和功率采 集表達(dá)式，簡(jiǎn)化所述優(yōu)化問(wèn)題模型；
[ocm] S6 ;利用半正定松弛技術(shù)，修正所述功率平衡問(wèn)題模型；
[0012] S7;根據(jù)修正后的功率平衡問(wèn)題模型，根據(jù)二分捜索方法獲取最佳發(fā)射協(xié)方差矩 陣，并獲得各終端的最佳波束成形矢量；
[0013] S8;根據(jù)終端的情況，利用修正后的功率平衡問(wèn)題模型獲取功率分裂因子。
[0014] 優(yōu)選地，所述步驟S1具體包括：
[0015] 通過(guò)反饋的方式或系統(tǒng)的信道互惠性，獲取系統(tǒng)中各終端的信道估計(jì)矩陣。
[0016] 優(yōu)選地，所述步驟S2具體包括：
[0017] W所述信道估計(jì)矩陣為中屯、W估計(jì)誤差范圍ek為半徑建立歐幾里得球體，表示 為：
[001 引
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種MU-DAS無(wú)線攜能通信系統(tǒng)的魯棒構(gòu)造方法，其特征在于，所述方法包括： 51 :獲取系統(tǒng)中各終端的信道估計(jì)矩陣； 52 :以所述信道估計(jì)矩陣為中心，以預(yù)設(shè)的估計(jì)誤差范圍為半徑建立歐幾里得球體，作 為信道估計(jì)模型； 53 :根據(jù)所述信道估計(jì)模型，確定各分布天線單元功率限制和各終端所需最小的采集 功率，并構(gòu)建最糟信干噪比的最大優(yōu)化問(wèn)題模型； S4:將所述最糟信干噪比的最大優(yōu)化問(wèn)題模型轉(zhuǎn)化為各分布式天線功率平衡問(wèn)題模 型； 55 :根據(jù)S-procedure理論和Schur'scomplement理論，更新信干噪比和功率采集表 達(dá)式，簡(jiǎn)化所述功率平衡問(wèn)題模型； 56 :利用半正定松弛技術(shù)，修正所述功率平衡問(wèn)題模型； 57 :根據(jù)修正后的功率平衡問(wèn)題模型，根據(jù)二分搜索方法獲取最佳發(fā)射協(xié)方差矩陣，并 獲得各終端的最佳波束成形矢量； 58 :根據(jù)終端的情況，利用修正后的功率平衡問(wèn)題模型獲取功率分裂因子。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S1具體包括： 通過(guò)反饋的方式或系統(tǒng)的信道互惠性，獲取系統(tǒng)中各終端的信道估計(jì)矩陣。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括： 以所述信道估計(jì)矩陣為中心以估計(jì)誤差范圍ek為半徑建立歐幾里得球體，表示為：
其中，74.表示信道估計(jì)矢量集合，&為信道估計(jì)模型，信道估計(jì)誤差為Al^eC^1，所 有分布式天線單元到第k個(gè)終端的信道估計(jì)矢量為&eCA/Xl，e，表示所述歐幾里得球體 的半徑，且滿足| |Ahk| <ek。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括： 531 :對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)置，并根據(jù)所述信道估計(jì)模型確定第k個(gè)終端的信息解碼部 分相應(yīng)的信干噪比為：
其中，SINRk(Pk，{vk})表示第k個(gè)終端的信息解碼部分相應(yīng)的信干噪比，Pk表示第k個(gè)終端的接收天線裝配的功率分裂器的功率分裂因子，vk表示第k個(gè)終端的發(fā)射波束成形 向量；基站到第k個(gè)終端的噪聲為獨(dú)立復(fù)高斯白噪聲，滿足％~CW(().大）；zk表示為第k個(gè) 終端信息解碼部分的加性噪聲，滿足A~CW(0.<); 532 :確定第k個(gè)終端的采集功率為：
其中，Ek(Pk，{vk})表示第k個(gè)終端采集的功率，(01]表示為第k個(gè)終端的能量 轉(zhuǎn)換效率； S33 :根據(jù)預(yù)設(shè)的閾值條件，構(gòu)建最糟SINR的最大化優(yōu)化問(wèn)題模型：
0〈Pk〈l，l彡k彡K 其中，ek表示第k個(gè)終端的功率閾值，且ek>0,Pm表示第m個(gè)天線單元的預(yù)設(shè)的發(fā)射功 率，終端的總個(gè)數(shù)為K，分布式天線單元總個(gè)數(shù)為M。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟S4具體包括： 541 :固定各終端的功率分裂因子汚=巧，，（p〇)優(yōu)化問(wèn)題模型簡(jiǎn)化為：
其中，A(忍)為P1優(yōu)化問(wèn)題模型關(guān)于忍的最優(yōu)值，
3第k個(gè)終端功率分裂因子的信干噪比； 542 :將（P1)優(yōu)化問(wèn)題模型轉(zhuǎn)化為各個(gè)分布式天線功率平衡問(wèn)題模型：
其中，，a?(A)為（P2)優(yōu)化問(wèn)題模型關(guān)于A的最優(yōu)值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟S5具體包括： 551 :根據(jù)信道估計(jì)誤差滿足| |Ahk| | <ek，獲取信干噪比SINRk的等價(jià)式：
552 :引入輔助變量svjf，依據(jù)S-procedure理論和Schur'scomplement理論， 獲得消掉Ahk的SINRk重寫式：
經(jīng)過(guò)矩陣運(yùn)算得到
其弓
，〇，1^= 1，...，K為松弛變量。 同理，獲得消掉Ahk的EHk重寫式：
其中
為松弛變量； 553 :依據(jù)SINRk和的重寫式，獲?。≒2)問(wèn)題模型變量的一次型的簡(jiǎn)化形式；
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S6具體包括： 利用半正定松弛技術(shù)去掉秩1限制，獲得修正后的功率平衡問(wèn)題模型。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟S7具體包括： 571 :根據(jù)修正后的功率平衡問(wèn)題模型，根據(jù)二分搜索方法，獲得最佳發(fā)射協(xié)方差矩陣 X:⑷； 572 :根據(jù)特征值分解，獲取各終端的最佳波束成形矢量k= 1，. . .，K。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述二分搜索方法，具體包括： 5701、 初始化A的下界Amin，上界Amax和算法精度因子n>〇 ; 5702、 判斷Umax-Amin) /Amax〈n是否成立，若是，則轉(zhuǎn)至步驟S706，否則轉(zhuǎn)至步驟 S703 ； 5703、 二分搜索A，使
5704、 根據(jù)數(shù)值優(yōu)化工具，處理修正后的功率平衡問(wèn)題模型，獲取各終端的最佳發(fā)射協(xié) 方差矩陣<(2)和a"'(入）； S705 :判斷a*(Amax)>l是否成立，若是，則令A(yù)_=A，并轉(zhuǎn)至步驟S702,否則令入min =人，并轉(zhuǎn)至步驟S702 ; S706、輸出當(dāng)前最佳發(fā)射協(xié)方差矩陣4和/T(死）。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述步驟S8具體包括： S81 :根據(jù)修正后的功率平衡問(wèn)題模型的結(jié)果r(A)，建立功率分裂因子優(yōu)化問(wèn)題模 型：
s.t. 0<pk<l S82:當(dāng)所有終端具有不同的功率分裂因子時(shí)，根據(jù)多維窮舉搜索方法解決（P4)問(wèn)題 模型，獲得最優(yōu)的功率分裂因子； S83 :當(dāng)所有終端具有相同的功率分裂因子時(shí)P=P1= . . .=Pk，，根據(jù)1維搜索方 法，獲得次優(yōu)的功率分裂因子。
【專利摘要】本發(fā)明提供了MU-DAS無(wú)線攜能通信系統(tǒng)的最優(yōu)魯棒構(gòu)造方法，包括：獲取系統(tǒng)中各終端的信道估計(jì)矩陣；以所述信道估計(jì)矩陣為中心，以預(yù)設(shè)的估計(jì)誤差范圍為半徑建立歐幾里得球體，作為信道估計(jì)模型；根據(jù)所述信道估計(jì)模型，構(gòu)建最糟信干噪比的最大優(yōu)化問(wèn)題模型；將最糟信干噪比的最大優(yōu)化問(wèn)題模型轉(zhuǎn)化為各分布式天線功率平衡問(wèn)題模型；簡(jiǎn)化所述功率平衡問(wèn)題模型；利用半正定松弛技術(shù)，修正所述功率平衡問(wèn)題模型；根據(jù)修正后的功率平衡問(wèn)題模型，獲得各終端的最佳波束成形矢量；根據(jù)終端的情況，利用修正后的功率平衡問(wèn)題模型獲取功率分裂因子。本發(fā)明能夠解決以各天線單位功率和終端采集功率量為限制的最大化最糟終端的SINR優(yōu)化問(wèn)題。
【IPC分類】H04L25-02, H04L1-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104702372
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510075002
【發(fā)明人】王忠勇, 朱政宇, 張園園, 張延彬, 高向川, 葛偉力
【申請(qǐng)人】鄭州大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年2月12日