一种多载波宽带信能同传优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及无线信号传输系统领域，尤其设及一种无线信号能量传输的优化方 法。
【背景技术】
[0002] 无线信貪良同传（Simultaneous Wireless Information and Energy Transfer)，良P 通过无线方式实现信息和能量的同时传输，是集成无线通信技术和无线能量传输技术的新 兴通信技术。随着科技的发展，整合能源技术和通信技术成为趋势，既能实现高速可靠的通 信，又能有效缓解能源和频谱稀缺的压力，在工业、医疗、基础设施发展等方面有着重要的 应用价值。
[0003] 无线信能同传突破传统的无线通信手段，将能量属性同时考虑，整合无线通信技 术和无线能量传输技术，实现信息和能量的并行同时传输，具有广泛的应用价值和创新意 义。
[0004] 基于信息与能量同时传输的特点，用于各类依靠有限容量电池提供电能的无线终 端或器件，通过从信号中采集能量为其馈电，极大延长待机时间，减小设备体积和成本，并 能够大幅减少电池的生产量，大大降低电池生产制造与回收过程中造成的环境污染。基于 非接触式的远距离传输的特点，可取代电池或者线缆供电，极大的提升供电的便利性。基于 稳定性和可持续性的特点，可替代传统能量采集器巧nergyHarvester)W采集环境能量 (如风能、太阳能、动能等）为主的方式。同时，无线信能同传在改善人民生活方面的应用也 是广泛的，会产生极大的社会效益；在医疗领域，植入医疗装置如屯、脏起搏器、屯、血管机器 人等均存在严重的电池能量短缺问题，无线信能同传技术的装配可避免对患者造成严重的 二次痛苦。
[0005] 现有的技术中，信能同传技术只是局限于理论分析，并没有设及到实际的信号调 制和载波等技术。主要存在无线能量难W稳定供给，信息速率会大打折扣，能量利用率不 高，并且信号在功率密度上会大大超出安全标准等问题。
【发明内容】
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种兼顾无线能量供给和信息传输 速率、切实可行的多载波宽带信能同传优化方法。
[0007]本发明所采用的技术方案是；
[000引一种多载波宽带信能同传优化方法，其应用于无线收发系统中，所述无线收发系 统发射端发射的基带信号包含信息信号和能量信号，所述优化方法包括步骤；P1，发射端基 于第一优化参数集，根据第一优化目标和第一约束条件集来确定基带信号中能量信号和信 息信号中其中一种信号的第一预分配参数集；P2,发射端基于步骤P1中所述第一预分配参 数集和第二优化参数集，根据第二优化目标和第二约束条件集来确定基带信号中能量信号 和信息信号中另一种信号的第二预分配参数集。
[0009] 优选的，所述步骤PI具体为；发射端基于第一优化参数集，根据第一优化目标和 第一约束条件集来确定基带信号中能量信号的第一预分配参数集；所述步骤P2具体为：发 射端基于步骤P1中所述第一预分配参数集和第二优化参数集，根据第二优化目标和第二 约束条件集来确定基带信号中信息信号第二预分配参数集。
[0010] 优选的，步骤P1中所述第一优化目标包括；使第一约束条件集成立的情况下，能 量信号载波个数最小和能量信号的功率最小。
[0011] 优选的，所述第一约束条件集设及；C1，接收端所采集功率大于等于接收端工作所 需的最低功率；C2,发射端子载波上的能量信号功率之和小于等于基带信号中能量信号的 总功率；C3,每个子载波频段上的平均功率谱密度小于等于一个既定的参数值。需要说明的 是，约束条件C1所述的接收端工作所需的最低功率应当理解为所述接收端多种工作模式 所需的最低功率，例如；当接收端处于非充电模式时，接收端工作所需最低功率可W是接收 端电路运行所需最低功率；当接收端处于充电模式时，接收端工作所需最低功率可W是接 收端电路运行所需最低功率和充电所需功率之和。
[0012] 优选的，步骤P2中所述第二优化目标设及；使第二约束条件集成立的情况下，信 息传输速率最大化。
[0013] 优选的，所述第二约束条件集设及：子载波上的信息信号功率之和小于等于信息 信号的总功率。
[0014] 优选的，步骤P1中所述第一优化参数集包括W下参数中的一个或多个：接收端工 作所需最低功率、每个子载波上的信道带宽、每个子载波上的平均功率谱密度PSD和信道 参数向量。
[0015] 优选的，步骤P2中所述第二优化参数集包括W下参数中的一个或多个：信息信号 子载波集、信息信号子载波数和信道参数向量。
[0016] 优选的，所述第一预分配参数包括W下参数中的一个或多个；能量信号子载波分 配集、能量信号功率分配集和能量信号总功率。
[0017] 优选的，所述第二预分配参数包括W下参数中的一个或多个；信息信号功率分配 集和信息信号子载波分配集。
[001引本发明的有益效果是：
[0019] 本发明提供一种兼顾无线能量供给和信息传输速率、切实可行的多载波宽带信能 同传优化方法，在向接收端发送信息信号的同时发送独立的能量信号，能够为接收端所处 工作模式提供需要的能量，另外，通过优化算法对信息信号和能量信号进行优化，既能提高 能量传输效率又能提高信息速率。
【具体实施方式】
[0020] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可W相 互组合。
[0021] 一种多载波宽带信能同传优化方法，其应用于无线收发系统中，无线收发系统包 括发射端和接收端，所述无线收发系统发射端发射的基带信号包含信息信号和能量信号， 所述优化方法包括步骤；P1，发射端基于第一优化参数集，根据第一优化目标和第一约束条 件集来确定基带信号中能量信号和信息信号中其中一种信号的第一预分配参数集；P2,发 射端基于步骤PI中所述第一预分配参数集和第二优化参数集，根据第二优化目标和第二 约束条件集来确定基带信号中能量信号和信息信号中另一种信号的第二预分配参数集。
[0022] 所述步骤P1具体为；发射端基于第一优化参数集，根据第一优化目标和第一约束 条件集来确定基带信号中能量信号的第一预分配参数集；所述步骤P2具体为：发射端基于 步骤P1中所述第一预分配参数集和第二优化参数集，根据第二优化目标和第二约束条件 集来确定基带信号中信息信号第二预分配参数集。
[0023]作为本发明一种优选的实施例，可W在发射端首先对功率、频谱、载波进行运算。 假设发射端基带信号总功率为P，分配于信息信号的能量和能量信号的总功率分别为Pi和 Pe，则Pi+Pe=P;信号总载波集为Sc，Sc=SceUSci，其中，Sce为能量信号子载波集，Sci为 信息信号子载波集；接收端采集到的能量为Q，即有Q= 0Pc，0是能量效率系数；信道参数 向量b，其中，b=比i，h2……hw]T;总载波数为N，分配于信息信号的载波数和能量信号的载 波数分别为Ni和NE，则N=Ni+Ne;信息信号和能量信号的能量符号分别为SI(n)和Se(n)， n= 1，2,. ..，m;m《N;其中，
【主权项】
1. 一种多载波宽带信能同传优化方法，其应用于无线收发系统中，其特征在于，所述无 线收发系统发射端发射的基带信号包含信息信号和能量信号，所述优化方法包括步骤： P1，发射端基于第一优化参数集，根据第一优化目标和第一约束条件集来确定基带信 号中能量信号和信息信号中其中一种信号的第一预分配参数集； P2,发射端基于步骤Pl中所述第一预分配参数集和第二优化参数集，根据第二优化目 标和第二约束条件集来确定基带信号中能量信号和信息信号中另一种信号的第二预分配 参数集。
2. 根据权利要求1所述一种多载波宽带信能同传优化方法，其特征在于， 所述步骤Pl具体为：发射端基于第一优化参数集，根据第一优化目标和第一约束条件 集来确定基带信号中能量信号的第一预分配参数集； 所述步骤P2具体为：发射端基于步骤Pl中所述第一预分配参数集和第二优化参数集， 根据第二优化目标和第二约束条件集来确定基带信号中信息信号第二预分配参数集。
3. 根据权利要求2所述一种多载波宽带信能同传优化方法，其特征在于，步骤Pl中所 述第一优化目标包括：使第一约束条件集成立的情况下，能量信号载波个数最小和能量信 号的功率最小。
4. 根据权利要求3所述一种多载波宽带信能同传优化方法，其特征在于，所述第一约 束条件集涉及： C1，接收端所采集功率大于等于接收端工作所需的最低功率； C2,发射端子载波上的能量信号功率之和小于等于基带信号中能量信号的总功率； C3,每个子载波频段上的平均功率谱密度小于等于一个既定的参数值。
5. 根据权利要求2所述一种多载波宽带信能同传优化方法，其特征在于，步骤P2中所 述第二优化目标涉及：使第二约束条件集成立的情况下，信息传输速率最大化。
6. 根据权利要求5所述一种多载波宽带信能同传优化方法，其特征在于，所述第二约 束条件集涉及：子载波上的信息信号功率之和小于等于信息信号的总功率。
7. 根据权利要求2所述一种多载波宽带信能同传优化方法，其特征在于，步骤Pl中所 述第一优化参数集包括以下参数中的一个或多个：接收端工作所需最低功率、每个子载波 上的信道带宽、每个子载波上的平均功率谱密度PSD和信道参数向量。
8. 根据权利要求2所述一种多载波宽带信能同传优化方法，其特征在于，步骤P2中所 述第二优化参数集包括以下参数中的一个或多个：信息信号子载波集、信息信号子载波数 和信道参数向量。
9. 根据权利要求2所述一种多载波宽带信能同传优化方法，其特征在于，所述第一预 分配参数包括以下参数中的一个或多个：能量信号子载波分配集、能量信号功率分配集和 能量信号总功率。
10. 根据权利要求2所述一种多载波宽带信能同传优化方法，其特征在于，所述第二预 分配参数包括以下参数中的一个或多个：信息信号功率分配集和信息信号子载波分配集。
【专利摘要】本发明公开了多载波宽带信能同传优化方法，其应用于无线收发系统中，所述无线收发系统发射端发射的基带信号包含信息信号和能量信号，所述优化方法包括用于确定系统预分配参数集的步骤P1和P2。本发明通过提供一种兼顾无线能量供给和信息传输速率、切实可行的多载波宽带信能同传优化方法，在向接收端发送信息信号的同时发送独立的能量信号，能够为接收端所处工作模式提供需要的能量，另外，通过优化算法对信息信号和能量信号进行优化，既能提高能量传输效率又能提高信息速率。
【IPC分类】H04L5-00, H04W72-04, H04W72-08
【公开号】CN104812078
【申请号】CN201510133789
【发明人】贡毅, 韩子栋
【申请人】南方科技大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年3月25日