在无线功能网络中基于MIMO传输技术的能量传输系统的制作方法

文档序号:11146969
在无线功能网络中基于MIMO传输技术的能量传输系统的制造方法与工艺

本发明涉及一种在无线功能网络中基于MIMO传输技术的能量传输系统,属于无线通信传输中的能量收集技术领域。



背景技术:

射频信号能量收集技术被认为是下一代5G移动通信网络中的一项关键技术。该技术不仅能够利用射频信号传输信息,也可以通过射频信号无线传输能量。运用该技术,无线终端无需连接电源进行有线供电,通过终端中的整流电路将接收到的射频信号转换为直流电,并且将电能存储在可充电电池或者双电层电容器(超级电容)中,从而利用收集到的电能进行信号处理与传输。无线通信网络中,无线终端先利用射频信号能量收集技术采集能量,再利用存储的能量进行无线信号传输,该网络系统被称为无线供能系统。

无线供能系统中,为了使终端能够稳定得收集到足够的能量,需要在网络中部署一种专用能量信标(Power beacon,简称PB),PB无需连接网络的回程链路,部署成本较低,因此易于被大规模密集部署。无线终端可以接收到多个PB的传输信号,并且可以将收集到的能量相加并存储。

目前,一种无线供能网络中大规模部署PB的能量传输方案被提出,通过将每个PB独立随机地分布在一定区域内,一定区域内的PB数量符合泊松分布,PB的位置信息就可以用随机几何论中的泊松点过程描述(Poisson Point Process,简称PPP),从而可以计算得出无线终端在此模型中可以收集到的能量(也称为能量采集效率)的期望值。然而在上述能量传输方案中,PB与无线终端均部署了一根天线,所以没有充分利用到点对点传输中的多路信道的多样性。



技术实现要素:

为解决现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种在无线功能网络中基于MIMO传输技术的能量传输系统,既可以显著地提升网络的能量采集效率,也可以给出能量采集效率的解析解,从而揭示出各网络参数对于能量采集效率的影响,为系统的实际部署提供指导。

为了实现上述目标,本发明采用如下的技术方案:

一种在无线功能网络中基于MIMO传输技术的能量传输系统,其特征是,包括无线功能网络中大规模随机分布的能量信标PB、接收能量信号的无线终端S和连接第i个能量信标与无线终端的MIMO信道;所述MIMO信道的传输矩阵为Hi;其中,所述每个能量信标的天线数目相同均为np,无线终端的天线数目为ns,其中np≥1,ns≥1;所述能量信标与无线终端均能够获取完整的传输矩阵Hi

所述第i个能量信标将准备传输的能量信号x映射到Vi向量上形成能量信号Vix,其中,Vi为传输矩阵Hi奇异值分解后的右奇异向量;

所述能量信号Vix经过MIMO信道后,被送至无线终端,形成信号HiVix;

所述无线终端利用传输矩阵Hi的左奇异向量Ui,将接收到的信号HiVix映射到Ui上,得到被处理后的接收信号为UiHiVix;

所述无线终端接收到的能量信号为μΣi∈ΦPri(UiHiVix)2,无线终端端的能量采集效率为E=μΣi∈ΦPriλi示传输矩阵Hi的特征值,其中,Φ表示所有能量信标的集合,μ表示无线终端整流电路的射频信号-直流信号转换效率,P表示能量信标的发射功率,ri表示从第i个能量信标到无线终端的几何距离,α为路径损耗系数,且

进一步地,所述能量信标呈泊松分布。

本发明所达到的有益效果:与现有单天线能量传输方法对比,按照上述方案传输能量信号时,利用了PB端至S端MIMO信道的空间分集特性,采用波束成形方式传输能量信号,使得在S端的信号具有最高的信噪比,可以提高整个网络中能量的传输效率。

附图说明

图1是本发明中无线自供能系统的网络结构示意图;

图2是本发明在PB不同分布密度下的系统能量采集效率仿真示意图;

图3是本发明在PB不同发射功率下的系统能量采集效率仿真示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。

在仿真测试环境中,模拟一个无线传感器网络,网络中随机分布地部署若干个符合PPP随机几何模型的PB,并利用多天线通过波束成形向无线传感器传输能量信号,一个无线传感器先采集从周围的PB所发射的能量信号,再利用存储的电能向无线接入点上传信息。假设整流电路的能量转换效率为μ=60%,路径损耗系数α=2.2。

通过采用本发明中所述的方法,其仿真效果如下:

第一组仿真,假设PB端配置有2根天线,而S端分别配置2根及4根天线,逐次增加PB的发射功率P,P由10dBm依次增加至40dBm,并且作为对照组改变系统中PB的分布密度,图2中可以看出基于此方法给出的能量采集效率的解析解与经过大量Monte Carlo仿真得到的数值解的结果高度相同,图中Monte Carlo仿真的结果用实线表示,并且,伴随着终端天线数目的增长,应用本发明方法进行能量传输时,系统的能量采集效率也显著提高。

第二组仿真,假设PB端配置有2根天线,而S端分别配置2根及4根天线,逐次增加PB的分布密度,由0.0001m-2依次增加至0.0009m-2,并且作为对照组改变系统中PB的发射功率,图3中可以看出基于此方法给出的能量采集效率的解析解与经过大量Monte Carlo仿真得到的数值解的结果高度相同,图中Monte Carlo仿真的结果用实线表示。并且,伴随着PB分布密度的增加,应用本发明方法进行能量传输时,系统的能量采集效率也显著提高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

再多了解一些
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