一种时分双工物联网中基于位置的能量传输方法与流程

本发明涉及无线通讯技术改进领域，尤其涉及一种时分双工物联网中基于位置的能量传输方法。

背景技术：

5G将满足人们在居住、工作、休闲和交通等各种区域的多样化业务需求，即便在密集住宅区、办公室、体育场、露天集会、地铁、快速路、高铁和广域覆盖等具有超高流量密度、超高连接数密度、超高移动性特征的场景，也可以为用户提供超高清视频、虚拟现实、增强现实、云桌面、在线游戏等极致业务体验。与此同时，5G还将渗透到物联网及各种行业领域，与工业设施、医疗仪器、交通工具等深度融合，有效满足工业、医疗、交通等垂直行业的多样化业务需求，实现真正的“万物互联”。

5G应用场景可以分为两大类，即移动宽带 (MBB, Mobile Broadband)和物联网(IoT, Internet of Things)。其中，移动宽带接入的主要技术需求是高容量，提供高数据速率，以满足数据业务需求的不断增长。物联网主要是受机器通信（MTC, Machine Type Communication）需求的驱动，可以进一步分为两种类型，包括低速率的海量机器通信（MMC, Massive Machine Communication）和低时延高可靠的机器通信。其中，对于低速率的海量机器通信，海量节点低速率接入，传输的数据包通常较小，间隔时间会相对较长，这类节点的成本和功耗通常也会很低；对于低时延高可靠的机器通信，主要面向实时性和可靠性要求比较高的机器通信，例如实时警报、实时监控等。

第五代移动通信系统中，最需要深入研究的核心场景就是机器通信，例如工业4.0、车联网、机器人等等未来的热点领域都是这种物联网场景的典型应用，如果基于传统的移动通信系统来支持机器通信，会带来使终端的能耗非常高且能量无法及时补充的问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中现有机器通信中终端的能耗非常高且能量无法及时补充的问题，本发明提供了一种时分双工物联网中基于位置的能量传输方法。

1.本发明提供了一种时分双工物联网中基于位置的能量传输方法，该能量传输方法包括以下步骤：

S1、工作在时分双工模式下的第一通信节点对自身电量消耗情况进行检测，如电量低于第一预定值或在预定时间段内的电量消耗高于第二预定值，则所述第一通信节点发送能量管理信息；

S2、第二通信节点接收到所述能量管理信息后，激活与所述第一通信节点距离最近的N根天线的第三通信节点，所述第二通信节点发送能量传输方向获取信号配置信息给所述第一通信节点；

S3、所述第一通信节点收到所述能量传输方向获取信号配置信息后，发送所述能量传输方向获取信号；

S4、所述第三通信节点接收所述能量传输方向获取信号，得到一个N*1的信道矢量，对所述信道矢量的协方差矩阵进行奇异值分解得到右奇异矩阵，所述第三通信节点基于所述右奇异矩阵的前Z列确定所述第三通信节点传输的能量方向，所述第三通信节点按照所述能量方向传输能量；

S5、所述第一通信节点接收所述能量并向所述第二通信节点反馈能量获取效率信息或停止能量发送信息；

S6、判断第二通信节点到的是能量获取效率信息还是停止能量发送信息；如是能量获取效率信息，则能量获取效率低于第三预定值，则所述第二通信节点通知所述第三通信节点增加发送能量，如果能量获取效率大于第四预定值，则所述第二通信节点通知所述第三通信节点减小发送能量；如是停止能量发送信息，则所述第二通信节点通知所述第三通信节点关闭，停止能量发送；

其中，N为大于等于128的整数，Z为大于等于1小于等于N的整数。。

作为本发明的进一步改进，所述第一预定值为所述第一通信节点电量最大值的10%，所述预定时间段为30天，所述第二预定值为所述第一通信节点电量最大值的5%，所述第三预定值为所述第一通信节点电量最大值的1%/小时，所述第四预定值为所述第一通信节点电量最大值的3%/小时。

作为本发明的进一步改进，所述第一通信节点发送能量管理信息的时频资源是多个第一通信节点共享，不同第一通信节点有不同的码字；所述能量管理信息至少包括所述第一通信节点的电量信息、位置信息及启用时间信息。

作为本发明的进一步改进，所述能量传输方向获取信号配置信息包括所述第一通信节点发送所述能量传输方向获取信号使用的时频资源、使用的序列生成方式、使用的序列个数X中的一种或多种，时域资源的长度大于等于20ms， X为大于等于2的整数。

作为本发明的进一步改进，所述Z值等于所述协方差矩阵的N个奇异值中不小于0.9*最大奇异值的奇异值个数。

作为本发明的进一步改进，所述第一通信节点的太阳能充电模块启动工作时间大于1小时则第一通信节点发送停止能量发送信息，或者所述第一通信节点的电量达到90%以上则第一通信节点发送所述停止能量发送信息。

作为本发明的进一步改进，所述第一通信节点与第二通信节点协商的发送周期信息周期性发送能量获取效率信息，所述发送周期大于等于6小时。

作为本发明的进一步改进，所述第二通信节点连续Y次收到能量获取效率信息得到的能量传输效率均小于第三预定值，则所述第二通信节点发送第一通信节点工作异常的指示给异常控制数据中心， Y为大于等于3的整数。

作为本发明的进一步改进，所述第二通信节点连续Y次收到所述能量获取效率信息得到的能量传输效率均小于第三预定值，则所述第二通信节点通知所述第三通信节点停止能量传输及第一通信节点停止能量接收，所述第二通信节点进入发射异常信号状态， Y为大于等于3的整数。

作为本发明的进一步改进，所述第一通信节点工作异常信息包括所述第一通信节点的标识信息、类型信息、位置信息及启用时间信息的一种或多种。

本发明的有益效果是：本方法解决了终端的能耗非常高且能量无法及时补充的问题，有效降低了用户的维护成本，提高了网络的使用效率，达到“绿色通信”的需求。

附图说明

图1是本发明时分双工物联网中基于位置的能量传输方法的流程图。

图2是本发明能量传输节点与终端的位置关系示意图。

图3是本发明能量传输方向获取信号结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明公开了一种时分双工物联网中基于位置的能量传输方法，其详述如下：

步骤S1，工作在时分双工模式下的第一通信节点对自身电量消耗情况进行检测，如电量低于第一预定值或在预定时间段内的电量消耗高于第二预定值，则所述第一通信节点发送能量管理信息；所述第一通信节点发送能量管理信息的时频资源是多个第一通信节点共享，不同第一通信节点有不同的码字；所述能量管理信息至少包括所述第一通信节点的电量信息、位置信息及启用时间信息。所述第一预定值为所述第一通信节点电量最大值的10%，所述预定时间段为30天，所述第二预定值为所述第一通信节点电量最大值的5%。所述第一通信节点发送能量管理信息的时频资源是多个第一通信节点共享，不同第一通信节点有不同的码字；所述能量管理信息至少包括所述第一通信节点的电量信息、位置信息及启用时间信息。

步骤S2，第二通信节点接收到所述能量管理信息后，激活与所述第一通信节点距离最近的N根天线的第三通信节点，所述第二通信节点发送能量传输方向获取信号配置信息给所述第一通信节点；其中，N为大于等于128的整数。所述能量传输方向获取信号配置信息包括所述第一通信节点发送所述能量传输方向获取信号使用的时频资源、使用的序列生成方式、使用的序列个数X中的一种或多种，时域资源的长度大于等于20ms，X为大于等于2的整数。

步骤S3，所述第一通信节点收到所述能量传输方向获取信号配置信息后，发送所述能量传输方向获取信号。

步骤S4，所述第三通信节点接收所述能量传输方向获取信号，得到一个N*1的信道矢量，对所述信道矢量的协方差矩阵进行奇异值分解得到右奇异矩阵，所述第三通信节点基于所述右奇异矩阵的前Z列确定所述第三通信节点传输的能量方向，所述第三通信节点按照所述能量方向传输能量；所述Z值等于所述协方差矩阵的N个奇异值中不小于0.9*最大奇异值的奇异值个数。

步骤S5，所述第一通信节点接收所述能量并向所述第二通信节点反馈能量获取效率信息或停止能量发送信息。

步骤S6，判断第二通信节点到的是能量获取效率信息还是停止能量发送信息；如是能量获取效率信息，则能量获取效率低于第三预定值，则所述第二通信节点通知所述第三通信节点增加发送能量，如果能量获取效率大于第四预定值，则所述第二通信节点通知所述第三通信节点减小发送能量；如是停止能量发送信息，则所述第二通信节点通知所述第三通信节点关闭，停止能量发送；所述第一通信节点的太阳能充电模块启动工作时间大于1小时则第一通信节点发送停止能量发送信息，或者所述第一通信节点的电量达到90%以上则第一通信节点发送所述停止能量发送信息。

所述第一通信节点与第二通信节点协商的发送周期信息周期性发送能量获取效率信息，所述发送周期大于等于6小时。

所述第二通信节点连续Y次收到能量获取效率信息得到的能量传输效率均小于第三预定值，则所述第二通信节点发送第一通信节点工作异常的指示给异常控制数据中心， Y为大于等于3的整数。所述第一通信节点工作异常信息包括所述第一通信节点的标识信息、类型信息、位置信息及启用时间信息的一种或多种。

所述第二通信节点连续Y次收到所述能量获取效率信息得到的能量传输效率均小于第三预定值，则所述第二通信节点通知所述第三通信节点停止能量传输及第一通信节点停止能量接收，所述第二通信节点进入发射异常信号状态， Y为大于等于3的整数。

实施例1

工作在时分双工模式下的终端对自身电量消耗情况进行检测，如果电量低于第一预定值或在预定时间段内的电量消耗高于第二预定值，则终端发送能量管理信息。优选地，能量管理信息至少包括终端的电量、终端的位置信息。

基站接收到能量管理信息后，激活与终端距离最近的包含N根天线的能量传输节点（如图2所示，基站激活与终端位置最近的能量传输节点2），基站发送能量传输方向获取信号配置信息给终端，其中，N为大于等于128的整数。

终端收到能量传输方向获取信号配置信息后，发送能量传输方向获取信号。

能量传输节点接收能量传输方向获取信号，得到一个N*1的信道矢量，对信道矢量的协方差矩阵进行奇异值分解得到右奇异矩阵，能量传输节点基于右奇异矩阵的前Z列确定能量传输节点传输的能量方向，能量传输节点按照能量方向传输能量，其中，Z为大于等于1小于等于N的整数。

终端接收能量，并向基站反馈能量获取效率信息或停止能量发送信息。

如果基站接收到能量获取效率信息，如果能量获取效率低于第三预定值，则基站通过信令通知能量传输节点增加发送的能量，如果能量获取效率大于第四预定值，则基站通过信令通知能量传输节点降低发送的能量。

如果基站接收到停止能量发送信息，则基站通知能量传输节点关闭，停止能量发送。

实施例2

工作在时分双工模式下的终端对自身电量消耗情况进行检测，如果电量低于第一预定值或在预定时间段内的电量消耗高于第二预定值，则终端发送能量管理信息。优选地，能量管理信息至少包括终端的电量、终端的位置信息。优选地，第一预定值为终端电量最大值的10%，预定时间段为30天，第二预定值为终端电量最大值的5%。

基站接收到能量管理信息后，激活与终端距离最近的包含N根天线的能量传输节点（如图2所示，基站激活与终端位置最近的能量传输节点2），基站发送能量传输方向获取信号配置信息给终端，其中，N为大于等于128的整数。

终端收到能量传输方向获取信号配置信息后，发送能量传输方向获取信号。

能量传输节点接收能量传输方向获取信号，得到一个N*1的信道矢量，对信道矢量的协方差矩阵进行奇异值分解得到右奇异矩阵，能量传输节点基于右奇异矩阵的前Z列确定能量传输节点传输的能量方向，能量传输节点按照能量方向传输能量，其中，Z为大于等于1小于等于N的整数。

终端接收能量，并向基站反馈能量获取效率信息或停止能量发送信息。

如果基站接收到能量获取效率信息，如果能量获取效率低于第三预定值，则基站通过信令通知能量传输节点增加发送的能量，如果能量获取效率大于第四预定值，则基站通过信令通知能量传输节点降低发送的能量。优选地，第三预定值为终端电量最大值的1%/小时，第四预定值为终端电量最大值的3%/小时。

如果基站接收到停止能量发送信息，则基站通知能量传输节点关闭，停止能量发送。

实施例3

工作在时分双工模式下的终端对自身电量消耗情况进行检测，如果电量低于第一预定值或在预定时间段内的电量消耗高于第二预定值，则终端发送能量管理信息。优选地，能量管理信息至少包括终端的电量、终端的位置信息。优选地，终端发送能量管理信息的时频资源是多个终端共享的，不同终端有不同的码字，节约控制资源的同时可以很好地区分用户。

基站接收到能量管理信息后，激活与终端距离最近的包含N根天线的能量传输节点（如图2所示，基站激活与终端位置最近的能量传输节点2），基站发送能量传输方向获取信号配置信息给终端，其中，N为大于等于128的整数。

终端收到能量传输方向获取信号配置信息后，发送能量传输方向获取信号。

能量传输节点接收能量传输方向获取信号，得到一个N*1的信道矢量，对信道矢量的协方差矩阵进行奇异值分解得到右奇异矩阵，能量传输节点基于右奇异矩阵的前Z列确定能量传输节点传输的能量方向，能量传输节点按照能量方向传输能量，其中，Z为大于等于1小于等于N的整数。

终端接收能量，并向基站反馈能量获取效率信息或停止能量发送信息。

如果基站接收到能量获取效率信息，如果能量获取效率低于第三预定值，则基站通过信令通知能量传输节点增加发送的能量，如果能量获取效率大于第四预定值，则基站通过信令通知能量传输节点降低发送的能量。

如果基站接收到停止能量发送信息，则基站通知能量传输节点关闭，停止能量发送。

实施例4

工作在时分双工模式下的终端对自身电量消耗情况进行检测，如果电量低于第一预定值或在预定时间段内的电量消耗高于第二预定值，则终端发送能量管理信息。优选地，能量管理信息至少包括终端的电量、终端的位置信息。

基站接收到能量管理信息后，激活与终端距离最近的包含N根天线的能量传输节点（如图2所示，基站激活与终端位置最近的能量传输节点2），基站发送能量传输方向获取信号配置信息给终端，其中，N为大于等于128的整数。

终端收到能量传输方向获取信号配置信息后，发送能量传输方向获取信号。如图3所示，终端通过时分方式使用不同的序列作为能量传输方向获取信号，这样做的好处是有效解决用户间干扰的问题。

能量传输节点接收能量传输方向获取信号，得到一个N*1的信道矢量，对信道矢量的协方差矩阵进行奇异值分解得到右奇异矩阵，能量传输节点基于右奇异矩阵的前Z列确定能量传输节点传输的能量方向，能量传输节点按照能量方向传输能量，其中，Z为大于等于1小于等于N的整数。

终端接收能量，并向基站反馈能量获取效率信息或停止能量发送信息。

如果基站接收到能量获取效率信息，如果能量获取效率低于第三预定值，则基站通过信令通知能量传输节点增加发送的能量，如果能量获取效率大于第四预定值，则基站通过信令通知能量传输节点降低发送的能量。

如果基站接收到停止能量发送信息，则基站通知能量传输节点关闭，停止能量发送。

实施例5

工作在时分双工模式下的终端对自身电量消耗情况进行检测，如果电量低于第一预定值或在预定时间段内的电量消耗高于第二预定值，则终端发送能量管理信息。优选地，能量管理信息至少包括终端的电量、终端的位置信息。

基站接收到能量管理信息后，激活与终端距离最近的包含N根天线的能量传输节点（如图2所示，基站激活与终端位置最近的能量传输节点2），基站发送能量传输方向获取信号配置信息给终端，其中，N为大于等于128的整数。

终端收到能量传输方向获取信号配置信息后，发送能量传输方向获取信号。

能量传输节点接收能量传输方向获取信号，得到一个N*1的信道矢量，对信道矢量的协方差矩阵进行奇异值分解得到右奇异矩阵，能量传输节点基于右奇异矩阵的前Z列确定能量传输节点传输的能量方向，能量传输节点按照能量方向传输能量，其中，Z为大于等于1小于等于N的整数。优选地，Z值等于协方差矩阵的N个奇异值中，不小于（0.9*最大奇异值）的奇异值个数。例如，一共有5个奇异值（10，9.5，9.3，6，2），则符合条件的奇异值为（10,9.5,9.3），Z的取值为3。

终端接收能量，并向基站反馈能量获取效率信息或停止能量发送信息。

如果基站接收到能量获取效率信息，如果能量获取效率低于第三预定值，则基站通过信令通知能量传输节点增加发送的能量，如果能量获取效率大于第四预定值，则基站通过信令通知能量传输节点降低发送的能量。

如果基站接收到停止能量发送信息，则基站通知能量传输节点关闭，停止能量发送。

实施例6

工作在时分双工模式下的终端对自身电量消耗情况进行检测，如果电量低于第一预定值或在预定时间段内的电量消耗高于第二预定值，则终端发送能量管理信息。优选地，能量管理信息至少包括终端的电量、终端的位置信息。

基站接收到能量管理信息后，激活与终端距离最近的包含N根天线的能量传输节点（如图2所示，基站激活与终端位置最近的能量传输节点2），基站发送能量传输方向获取信号配置信息给终端，其中，N为大于等于128的整数。

终端收到能量传输方向获取信号配置信息后，发送能量传输方向获取信号。

能量传输节点接收能量传输方向获取信号，得到一个N*1的信道矢量，对信道矢量的协方差矩阵进行奇异值分解得到右奇异矩阵，能量传输节点基于右奇异矩阵的前Z列确定能量传输节点传输的能量方向，能量传输节点按照能量方向传输能量，其中，Z为大于等于1小于等于N的整数。

终端接收能量，并向基站反馈能量获取效率信息或停止能量发送信息。优选地，如果终端的太阳能充电模块启动工作时间超过1小时，则终端发送停止能量发送信息，或者如果终端的电量达到90%以上，则终端发送停止能量发送信息。

如果基站接收到能量获取效率信息，如果能量获取效率低于第三预定值，则基站通过信令通知能量传输节点增加发送的能量，如果能量获取效率大于第四预定值，则基站通过信令通知能量传输节点降低发送的能量。

如果基站接收到停止能量发送信息，则基站通知能量传输节点关闭，停止能量发送。

实施例7

工作在时分双工模式下的终端对自身电量消耗情况进行检测，如果电量低于第一预定值或在预定时间段内的电量消耗高于第二预定值，则终端发送能量管理信息。优选地，能量管理信息至少包括终端的电量、终端的位置信息。

基站接收到能量管理信息后，激活与终端距离最近的包含N根天线的能量传输节点（如图2所示，基站激活与终端位置最近的能量传输节点2），基站发送能量传输方向获取信号配置信息给终端，其中，N为大于等于128的整数。

终端收到能量传输方向获取信号配置信息后，发送能量传输方向获取信号。

能量传输节点接收能量传输方向获取信号，得到一个N*1的信道矢量，对信道矢量的协方差矩阵进行奇异值分解得到右奇异矩阵，能量传输节点基于右奇异矩阵的前Z列确定能量传输节点传输的能量方向，能量传输节点按照能量方向传输能量，其中，Z为大于等于1小于等于N的整数。

终端接收能量，并向基站反馈能量获取效率信息或停止能量发送信息。

如果基站接收到能量获取效率信息，如果能量获取效率低于第三预定值，则基站通过信令通知能量传输节点增加发送的能量，如果能量获取效率大于第四预定值，则基站通过信令通知能量传输节点降低发送的能量。优选地，如果基站连续Y次收到的能量获取效率信息得到能量传输效率都小于第三预定值，则基站发送指示终端工作异常的信息给异常控制数据中心，其中Y为大于等于3的整数。优选地，指示终端工作异常的信息中至少包括以下之一：终端的标识信息，终端的类型信息，终端的位置信息，终端的启用时间信息，异常控制数据中心根据这些信息生成异常处理方案并发送给维护人员。

如果基站接收到停止能量发送信息，则基站通知能量传输节点关闭，停止能量发送。

实施例8

工作在时分双工模式下的终端对自身电量消耗情况进行检测，如果电量低于第一预定值或在预定时间段内的电量消耗高于第二预定值，则终端发送能量管理信息。优选地，能量管理信息至少包括终端的电量、终端的位置信息。

基站接收到能量管理信息后，激活与终端距离最近的包含N根天线的能量传输节点（如图2所示，基站激活与终端位置最近的能量传输节点2），基站发送能量传输方向获取信号配置信息给终端，其中，N为大于等于128的整数。

终端收到能量传输方向获取信号配置信息后，发送能量传输方向获取信号。

能量传输节点接收能量传输方向获取信号，得到一个N*1的信道矢量，对信道矢量的协方差矩阵进行奇异值分解得到右奇异矩阵，能量传输节点基于右奇异矩阵的前Z列确定能量传输节点传输的能量方向，能量传输节点按照能量方向传输能量，其中，Z为大于等于1小于等于N的整数。

终端接收能量，并向基站反馈能量获取效率信息或停止能量发送信息。

如果基站接收到能量获取效率信息，如果能量获取效率低于第三预定值，则基站通过信令通知能量传输节点增加发送的能量，如果能量获取效率大于第四预定值，则基站通过信令通知能量传输节点降低发送的能量。优选地，指示终端工作异常的信息中至少包括以下之一：终端的标识信息，终端的类型信息，终端的位置信息，终端的启用时间信息，异常控制数据中心根据这些信息生成异常处理方案并发送给维护人员。优选地，如果基站连续Y次收到的能量获取效率信息得到能量传输效率都小于第三预定值，则基站通知能量传输节点停止能量传输，通知终端停止能量接收，进入异常信号处理状态，其中Y为大于等于3的整数，在这种状态下，终端会周期性地扫描维护人员手持的设备发射的特殊信号，收到该特殊信号后，终端会发出报警音，同时点亮红色信号灯以便让维护人员准确定位自己的位置。

需要说明，上述实施例中，基站与终端通过频率f进行上下行通信，能量传输单元通过频率f向终端传输能量。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。