一种无线能量驱动传输方法及装置.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201710188556.1

申请日:

2017.03.27

公开号:

CN106911376A

公开日:

2017.06.30

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法律详情:

著录事项变更IPC(主分类):H04B 7/06变更事项:申请人变更前:国网能源研究院变更后:国网能源研究院有限公司变更事项:地址变更前:102209 北京市昌平区北七家镇未来科技园区北区国家电网公司A329室变更后:102209 北京市昌平区北七家镇未来科技园区北区国家电网公司A329室|||实质审查的生效 IPC(主分类):H04B 7/06申请日:20170327|||公开

IPC分类号:

H04B7/06; H04B7/0426(2017.01)I

主分类号:

H04B7/06

申请人:

国网能源研究院

发明人:

张煜; 熊轲; 吴鹏; 单葆国; 贾德香; 唐伟; 张成龙; 李军; 马丁

地址:

102209 北京市昌平区北七家镇未来科技园区北区国家电网公司A329室

优先权:

专利代理机构:

北京集佳知识产权代理有限公司 11227

代理人:

王宝筠

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内容摘要

本发明提供了一种无线能量传输方法及装置,该方法应用于无线能量驱动通信网络中的服务器,通过计算多天线发射端的最优信能波束成形向量以及单天线接收机组的最优功率分离比向量,从而使每一个单天线功率分离结构接收机将接收到的射频信号分离为满足信干噪比约束的第一信号以及满足射频功率约束的第二信号。从而保证了所有单天线功率分离结构接收机都能同时解码出信息并获取到足够工作能量。

权利要求书

1.一种无线能量传输方法,其特征在于,应用于无线能量驱动通信网络中的服务器,所述无线能量驱动通信网络还包括多天线发射端和单天线接收机组,所述单天线接收机组中包含至少一个单天线功率分离结构接收机,所述方法包括:根据信干噪比门限值和射频功率门限值,计算所述多天线发射端的最优信能波束成形向量以及所述单天线接收机组的最优功率分离比向量,所述最优功率分离比向量中包含各个所述单天线功率分离结构接收机的最优功率分离比;将携带有所述最优信能波束成形向量的第一通知发送至所述多天线发射端,以使所述多天线发射端按照所述最优信能波束成形向量向各个所述单天线功率分离结构接收机发送相应的射频信号;将携带有所述最优功率分离比的第二通知发送至相应的所述单天线功率分离结构接收机,以使所述单天线功率分离结构接收机根据所述最优功率分离比,将接收到的所述射频信号分离为用于信息解码的第一信号以及用于功率转化的第二信号,并将所述第二信号转化为接收机工作能量。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据信干噪比门限值和射频功率门限值,计算所述多天线发射端的最优信能波束成形向量以及所述单天线接收机组的最优功率分离比向量,包括:生成所述单天线功率分离结构接收机的射频信号接收公式;根据所述射频信号接收公式分别生成所述单天线功率分离结构接收机的信干噪比公式以及功率转化公式;构建所述多天线发射端的用于表征发射功率的第一数学模型,并生成所述第一数学模型的限定条件;其中,所述限定条件包括第一限定条件和第二限定条件,所述第一限定条件是依据信干噪比门限值和所述信干噪比公式生成的,所述第二限定条件是依据射频功率门限值和所述功率转化公式生成的;根据所述第一限定条件和所述第二限定条件计算所述第一数学模型的全局最优解,并根据所述全局最优解获取所述多天线发射端的最优信能波束成形向量以及所述单天线接收机组的最优功率分离比向量。3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述根据所述射频信号接收公式分别生成所述单天线功率分离结构接收机的信干噪比公式以及功率转化公式,包括:根据所述射频信号接收公式分别生成所述单天线功率分离结构接收机的信息解码信号接收公式和功率转化信号接收公式;基于所述信息解码信号接收公式生成所述单天线功率分离结构接收机的信干噪比公式,同时,基于所述功率转化信号接收公式生成所述单天线功率分离结构接收机的功率接收公式; -->依据所述功率接收公式生成所述单天线功率分离结构接收机的功率转化公式。4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述根据所述第一限定条件和所述第二限定条件计算所述第一数学模型的全局最优解,包括:定义所述第一数学模型的变量,并分别对所述第一数学模型、所述第一限定条件和所述第二限定条件进行等价变量转化,得到第二数学模型、第三限定条件以及第四限定条件;定义所述第二数学模型的矩阵变量,并分别对所述第二数学模型、所述第三限定条件和所述第四限定条件进行等价变量转化,得到第三数学模型、第五限定条件以及第六限定条件;对所述第三数学模型进行凸优化处理,得到第四数学模型;根据所述第五限定条件和所述第六限定条件计算所述第四数学模型的全局最优解。5.一种无线能量传输装置,其特征在于,包括:计算模块、第一发送模块和第二发送模块;所述计算模块,用于根据信干噪比门限值和射频功率门限值,计算所述多天线发射端的最优信能波束成形向量以及所述单天线接收机组的最优功率分离比向量,所述最优功率分离比向量中包含各个所述单天线功率分离结构接收机的最优功率分离比;所述第一发送模块,用于将携带有所述最优信能波束成形向量的第一通知发送至所述多天线发射端,以使所述多天线发射端按照所述最优信能波束成形向量向各个所述单天线功率分离结构接收机发送相应的射频信号;所述第二发送模块,用于将携带有所述最优功率分离比的第二通知发送至相应的所述单天线功率分离结构接收机,以使所述单天线功率分离结构接收机根据所述最优功率分离比,将接收到的所述射频信号分离为用于信息解码的第一信号以及用于功率转化的第二信号,并将所述第二信号转化为接收机工作能量。6.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,所述计算模块包括:第一生成单元、第二生成单元、构建生成单元和计算单元;所述第一生成单元,用于生成所述单天线功率分离结构接收机的射频信号接收公式; -->所述第二生成单元,用于根据所述射频信号接收公式分别生成所述单天线功率分离结构接收机的信干噪比公式以及功率转化公式;所述构建生成单元,用于构建所述多天线发射端的用于表征发射功率的第一数学模型,并生成所述第一数学模型的限定条件;其中,所述限定条件包括第一限定条件和第二限定条件,所述第一限定条件是依据信干噪比门限值和所述信干噪比公式生成的,所述第二限定条件是依据射频功率门限值和所述功率转化公式生成的;所述计算单元,用于根据所述第一限定条件和所述第二限定条件计算所述第一数学模型的全局最优解,并根据所述全局最优解获取所述多天线发射端的最优信能波束成形向量以及所述单天线接收机组的最优功率分离比向量。7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述第二生成单元包括:第一生成子单元、第二生成子单元和第三生成子单元;所述第一生成子单元,用于根据所述射频信号接收公式分别生成所述单天线功率分离结构接收机的信息解码信号接收公式和功率转化信号接收公式;所述第二生成子单元,用于基于所述信息解码信号接收公式生成所述单天线功率分离结构接收机的信干噪比公式,同时,基于所述功率转化信号接收公式生成所述单天线功率分离结构接收机的功率接收公式;所述第三生成子单元,用于依据所述功率接收公式生成所述单天线功率分离结构接收机的功率转化公式。8.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述计算单元包括:第一定义转化子单元、第二定义转化子单元、凸优化处理子单元和计算子单元;所述第一定义转化子单元,用于定义所述第一数学模型的变量,并分别对所述第一数学模型、所述第一限定条件和所述第二限定条件进行等价变量转化,得到第二数学模型、第三限定条件以及第四限定条件;所述第二定义转化子单元,用于定义所述第二数学模型的矩阵变量,并分别对所述第二数学模型、所述第三限定条件和所述第四限定条件进行等价变量转化,得到第三数学模型、第五限定条件以及第六限定条件;所述凸优化处理子单元,用于对所述第三数学模型进行凸优化处理,得到第四数学模型;所述计算子单元,用于根据所述第五限定条件和所述第六限定条件计算所述第四数学模型的全局最优解。 -->

说明书

一种无线能量驱动传输方法及装置

技术领域

本发明涉及功率控制技术领域,更具体地说,涉及一种无线能量传输方法及装置。

背景技术

在无线能量驱动通信网络(Wireless Powered Communication Networks,WPCN)
中,能量信息混合访问点(hybrid access point,H-AP)的多天线发射端向单天线接收机组
发送射频信号,其中,单天线接收机组是由单天线功率分离结构接收机构成的;单天线功率
分离结构接收机将接收到的射频信号分离为用于信息解码的信号以及用于功率转化的信
号,进而基于线性能量收集模型将用于功率转化的信号转化为接收机工作能量。

经研究人员实际测量发现:单天线功率分离结构接收机转化得到的功率与射频信
号强度之间不但呈非线性关系,而且还存在电路饱和的限制,因此,目前这种无线能量传输
方案并不能保证单天线接收机组中全部的单天线功率分离结构接收机都能同时解码出信
息并获取到足够能量。

发明内容

有鉴于此,本发明提供一种无线能量传输方法及装置,以解决目前这种无线能量
传输方案并不能保证单天线接收机组中全部的单天线功率分离结构接收机都能同时解码
出信息并获取到足够工作能量的问题。技术方案如下:

一种无线能量传输方法,应用于无线能量驱动通信网络中的服务器,所述无线能
量驱动通信网络还包括多天线发射端和单天线接收机组,所述单天线接收机组中包含至少
一个单天线功率分离结构接收机,所述方法包括:

根据信干噪比门限值和射频功率门限值,计算所述多天线发射端的最优信能波束
成形向量以及所述单天线接收机组的最优功率分离比向量,所述最优功率分离比向量中包
含各个所述单天线功率分离结构接收机的最优功率分离比;

将携带有所述最优信能波束成形向量的第一通知发送至所述多天线发射端,以使
所述多天线发射端按照所述最优信能波束成形向量向各个所述单天线功率分离结构接收
机发送相应的射频信号;

将携带有所述最优功率分离比的第二通知发送至相应的所述单天线功率分离结
构接收机,以使所述单天线功率分离结构接收机根据所述最优功率分离比,将接收到的所
述射频信号分离为用于信息解码的第一信号以及用于功率转化的第二信号,并将所述第二
信号转化为接收机工作能量。

优选的,所述根据信干噪比门限值和射频功率门限值,计算所述多天线发射端的
最优信能波束成形向量以及所述单天线接收机组的最优功率分离比向量,包括:

生成所述单天线功率分离结构接收机的射频信号接收公式;

根据所述射频信号接收公式分别生成所述单天线功率分离结构接收机的信干噪
比公式以及功率转化公式;

构建所述多天线发射端的用于表征发射功率的第一数学模型,并生成所述第一数
学模型的限定条件;其中,所述限定条件包括第一限定条件和第二限定条件,所述第一限定
条件是依据信干噪比门限值和所述信干噪比公式生成的,所述第二限定条件是依据射频功
率门限值和所述功率转化公式生成的;

根据所述第一限定条件和所述第二限定条件计算所述第一数学模型的全局最优
解,并根据所述全局最优解获取所述多天线发射端的最优信能波束成形向量以及所述单天
线接收机组的最优功率分离比向量。

优选的,所述根据所述射频信号接收公式分别生成所述单天线功率分离结构接收
机的信干噪比公式以及功率转化公式,包括:

根据所述射频信号接收公式分别生成所述单天线功率分离结构接收机的信息解
码信号接收公式和功率转化信号接收公式;

基于所述信息解码信号接收公式生成所述单天线功率分离结构接收机的信干噪
比公式,同时,基于所述功率转化信号接收公式生成所述单天线功率分离结构接收机的功
率接收公式;

依据所述功率接收公式生成所述单天线功率分离结构接收机的功率转化公式。

优选的,所述根据所述第一限定条件和所述第二限定条件计算所述第一数学模型
的全局最优解,包括:

定义所述第一数学模型的变量,并分别对所述第一数学模型、所述第一限定条件
和所述第二限定条件进行等价变量转化,得到第二数学模型、第三限定条件以及第四限定
条件;

定义所述第二数学模型的矩阵变量,并分别对所述第二数学模型、所述第三限定
条件和所述第四限定条件进行等价变量转化,得到第三数学模型、第五限定条件以及第六
限定条件;

对所述第三数学模型进行凸优化处理,得到第四数学模型;

根据所述第五限定条件和所述第六限定条件计算所述第四数学模型的全局最优
解。

一种无线能量传输装置,包括:计算模块、第一发送模块和第二发送模块;

所述计算模块,用于根据信干噪比门限值和射频功率门限值,计算所述多天线发
射端的最优信能波束成形向量以及所述单天线接收机组的最优功率分离比向量,所述最优
功率分离比向量中包含各个所述单天线功率分离结构接收机的最优功率分离比;

所述第一发送模块,用于将携带有所述最优信能波束成形向量的第一通知发送至
所述多天线发射端,以使所述多天线发射端按照所述最优信能波束成形向量向各个所述单
天线功率分离结构接收机发送相应的射频信号;

所述第二发送模块,用于将携带有所述最优功率分离比的第二通知发送至相应的
所述单天线功率分离结构接收机,以使所述单天线功率分离结构接收机根据所述最优功率
分离比,将接收到的所述射频信号分离为用于信息解码的第一信号以及用于功率转化的第
二信号,并将所述第二信号转化为接收机工作能量。

优选的,所述计算模块包括:第一生成单元、第二生成单元、构建生成单元和计算
单元;

所述第一生成单元,用于生成所述单天线功率分离结构接收机的射频信号接收公
式;

所述第二生成单元,用于根据所述射频信号接收公式分别生成所述单天线功率分
离结构接收机的信干噪比公式以及功率转化公式;

所述构建生成单元,用于构建所述多天线发射端的用于表征发射功率的第一数学
模型,并生成所述第一数学模型的限定条件;其中,所述限定条件包括第一限定条件和第二
限定条件,所述第一限定条件是依据信干噪比门限值和所述信干噪比公式生成的,所述第
二限定条件是依据射频功率门限值和所述功率转化公式生成的;

所述计算单元,用于根据所述第一限定条件和所述第二限定条件计算所述第一数
学模型的全局最优解,并根据所述全局最优解获取所述多天线发射端的最优信能波束成形
向量以及所述单天线接收机组的最优功率分离比向量。

优选的,所述第二生成单元包括:第一生成子单元、第二生成子单元和第三生成子
单元;

所述第一生成子单元,用于根据所述射频信号接收公式分别生成所述单天线功率
分离结构接收机的信息解码信号接收公式和功率转化信号接收公式;

所述第二生成子单元,用于基于所述信息解码信号接收公式生成所述单天线功率
分离结构接收机的信干噪比公式,同时,基于所述功率转化信号接收公式生成所述单天线
功率分离结构接收机的功率接收公式;

所述第三生成子单元,用于依据所述功率接收公式生成所述单天线功率分离结构
接收机的功率转化公式。

优选的,所述计算单元包括:第一定义转化子单元、第二定义转化子单元、凸优化
处理子单元和计算子单元;

所述第一定义转化子单元,用于定义所述第一数学模型的变量,并分别对所述第
一数学模型、所述第一限定条件和所述第二限定条件进行等价变量转化,得到第二数学模
型、第三限定条件以及第四限定条件;

所述第二定义转化子单元,用于定义所述第二数学模型的矩阵变量,并分别对所
述第二数学模型、所述第三限定条件和所述第四限定条件进行等价变量转化,得到第三数
学模型、第五限定条件以及第六限定条件;

所述凸优化处理子单元,用于对所述第三数学模型进行凸优化处理,得到第四数
学模型;

所述计算子单元,用于根据所述第五限定条件和所述第六限定条件计算所述第四
数学模型的全局最优解。

相较于现有技术,本发明实现的有益效果为:

本发明公开了一种无线能量传输方法及装置,该方法应用于无线能量驱动通信网
络中的服务器,通过计算多天线发射端的最优信能波束成形向量以及单天线接收机组的最
优功率分离比向量,从而使每一个单天线功率分离结构接收机将接收到的射频信号分离为
满足信干噪比约束的第一信号以及满足射频功率约束的第二信号。从而保证了所有单天线
功率分离结构接收机都能同时解码出信息并获取到足够工作能量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本
发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据
提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一公开的一种无线能量传输方法流程图;

图2为本发明实施例二公开的一种无线能量传输方法部分流程图;

图3为本发明实施例二公开的另一种无线能量传输方法部分流程图;

图4为本发明实施例二公开的另一种无线能量传输方法部分流程图;

图5为本发明实施例三公开的一种无线能量传输装置结构示意图;

图6为本发明实施例四公开的一种无线能量传输装置部分结构示意图;

图7为本发明实施例四公开的另一种无线能量传输装置部分结构示意图;

图8为本发明实施例四公开的另一种无线能量传输装置部分结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例,都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例一公开了一种无线能量传输方法,该方法应用于无线能量驱动通信
网络中的服务器,无线能量驱动通信网络还包括多天线发射端和单天线接收机组,单天线
接收机组中包含至少一个单天线功率分离结构接收机,方法流程图如图1所示,包括如下步
骤:

S101,根据信干噪比门限值和射频功率门限值,计算多天线发射端的最优信能波
束成形向量以及单天线接收机组的最优功率分离比向量,所述最优功率分离比向量中包含
各个单天线功率分离结构接收机的最优功率分离比;

在执行步骤S101的过程中,为了使单天线功率分离结构接收机满足信干噪比约束
和射频功率约束,设置信干噪比门限值和射频功率门限值,

其中,信干噪比约束指的是用于信息解码的信号强度达到能解码出信息的要求,
射频功率约束指的是射频功率能达到单天线功率分离结构接收机工作所需能量的要求,所
述接收机工作所需能量是对用于功率转化的信号转化得到的。

S102,将携带有最优信能波束成形向量的第一通知发送至多天线发射端,以使多
天线发射端按照最优信能波束成形向量向各个单天线功率分离结构接收机发送相应的射
频信号;

S103,将携带有最优功率分离比的第二通知发送至相应的单天线功率分离结构接
收机,以使单天线功率分离结构接收机根据最优功率分离比,将接收到的射频信号分离为
用于信息解码的第一信号以及用于功率转化的第二信号,并将第二信号转化为接收机工作
能量。

本发明实施例公开了一种无线能量传输方法,通过计算多天线发射端的最优信能
波束成形向量以及单天线接收机组的最优功率分离比向量,从而使每一个单天线功率分离
结构接收机将接收到的射频信号分离为满足信干噪比约束的第一信号以及满足射频功率
约束的第二信号。从而保证了所有单天线功率分离结构接收机都能同时解码出信息并获取
到足够工作能量。

实施例二

结合上述本发明实施例一提供的无线能量传输方法,如图1所示出的步骤S101中
根据信干噪比门限值和射频功率门限值,计算多天线发射端的最优信能波束成形向量以及
单天线接收机组的最优功率分离比向量的具体执行过程,方法流程图如图2所示,包括如下
步骤:

S201,生成单天线功率分离结构接收机的射频信号接收公式;

以下各步骤以一个多用户的WPCN系统为例进行说明,该WPCN系统中包括一个装有
Nt根天线的能量信息混合访问点(hybrid access point,H-AP)和一个由K个单天线功率分
离结构接收机构成的单天线接收机组,通信信道为平坦慢块衰落信道;并且,信道参数在一
个块衰落周期T内保持不变,每个块衰落周期T的信道参数服从瑞利分布;

在一个块衰落周期T内,H-AP的多天线发射端通过Nt根天线同时向k个单天线功率
分离结构接收机发送射频信号,其中向单天线功率分离结构接收机k发送的射频信号记为
sk,并且射频信号sk满足如下条件:

其中,为复数域;

H-AP发送的射频信号s为总计k个射频信号叠加的信号,可采用如下公式(1)表示:


公式(1)中波束成形向量wk满足如下条件:

其中,为Nt维的复数向量域;

进一步的,结合公式(1),可采用如下公式(2)表示多天线发射端的发射功率信号
Pt:


结合公式(2),步骤S201中生成的单天线功率分离结构接收机的射频信号接收公
式如下公式(3)所示:


其中,yk为第k个单天线功率分离结构接收机接收到的射频信号,为该单天线
功率分离结构接收机与多天线发射端之间的信道向量hk的共轭矩阵,其中,hk满足
na,k为该单天线功率分离结构接收机接收到的加性高斯白噪声(additive
white Gaussian noises,AWGN),并且,为该单天线功率分离结构
接收机的接收天线噪声功率。

S202,根据射频信号接收公式分别生成单天线功率分离结构接收机的信干噪比公
式以及功率转化公式;

在执行步骤S202的过程中,单天线功率分离结构接收机可将接收到的射频信号分
为用于信息解码的信号以及用于功率转化的信号,并且根据功率分离比ρk,用于信息解码
的信号以及用于功率转化的信号比例为1-ρk:ρk,其中,0<ρk<1;

具体的,步骤S202中根据射频信号接收公式分别生成单天线功率分离结构接收机
的信干噪比公式以及功率转化公式的具体执行过程,方法流程图如图3所示,包括如下步
骤:

S301,根据射频信号接收公式分别生成单天线功率分离结构接收机的信息解码信
号接收公式和功率转化信号接收公式;

在执行步骤S301的过程中,结合公式(3),生成的单天线功率分离结构接收机的信
息解码信号接收公式如下公式(4)所示:


其中,为单天线功率分离结构接收机接收到的信息解码信号,nc,k为射频信号
频带转换到基带过程产生的基带加性高斯白噪声,并且,其中,
表示射频信号频带转换到基带过程产生的基带加性高斯白噪声的噪声功率;

结合公式(3),生成的单天线功率分离结构接收机的功率转化信号接收公式如下
公式(5)所示:


其中,为单天线功率分离结构接收机接收到的功率转化信号。

S302,基于信息解码信号接收公式生成单天线功率分离结构接收机的信干噪比公
式,同时,基于功率转化信号接收公式生成单天线功率分离结构接收机的功率转化公式;

在执行步骤S302的过程中,结合公式(4),生成的单天线功率分离结构接收机的信
干噪比公式如下公式(6)所示:


其中,Γk(ρk,wk)为单天线功率分离结构接收机的信干噪比;

结合公式(5),生成的单天线功率分离结构接收机的功率接收信号接收公式如下
公式(7)所示:


其中,Ek为单天线功率分离结构接收机的功率转化信号。

S303,依据功率接收公式生成单天线功率分离结构接收机的功率转化公式;

在执行步骤S303的过程中,结合公式(7),基于预先设置的非线性能量收集模型,
生成的单天线功率分离结构接收机的功率转化公式如下公式(8)所示:


其中,Mk表示电路饱和限制下单天线功率分离结构接收机接收到的最大功率,ak和
bk均为与接收机具体电路有关的参数。

S203,构建多天线发射端的用于表征发射功率的第一数学模型,并生成第一数学
模型的限定条件;

其中,所述限定条件包括第一限定条件和第二限定条件,所述第一限定条件是依
据信干噪比门限值和信干噪比公式生成的,所述第二限定条件是依据射频功率门限值和功
率转化公式生成的;

在执行步骤S203的过程中,根据公式(1)构建多天线发射端的用于表征发射功率
的第一数学模型,并采用如下公式(9)表示:





其中,公式(10)用于表征第一限定条件,第一限定条件是依据信干噪比门限值和
信干噪比公式生成的;公式(11)用于表征第二限定条件,第二限定条件是依据射频功率门
限值和功率转化公式生成的。

S204,根据第一限定条件和第二限定条件计算第一数学模型的全局最优解,并根
据全局最优解获取多天线发射端的最优信能波束成形向量以及单天线接收机组的最优功
率分离比向量;

具体的,步骤S204中根据第一限定条件和第二限定条件计算第一数学模型的全局
最优解的具体执行过程,方法流程图如图4所示,包括如下步骤:

S401,定义第一数学模型的变量,并分别对第一数学模型、第一限定条件和第二限
定条件进行等价变量转化,得到第二数学模型、第三限定条件以及第四限定条件;

由于公式(10)和公式(11)为非凸的,因此,第一数学模型的求解不是凸问题,不能
用现有求解方法直接进行求解;

在执行步骤S401的过程中,定义第一数学模型的变量
则对第一数学模型进行等价变量转化后得到第二
数学模型,第二数学模型可采用如下公式(12)表示:




其中,公式(13)用于表征第三限定条件,第三限定条件是通过对用于表征第一限
定条件的公式(10)进行等价变量转化得到的;公式(14)用于表征第四限定条件,第四限定
条件是通过对用于表征第二限定条件的公式(11)进行等价变量转化得到的;

S402,定义第二数学模型的矩阵变量,并分别对第二数学模型、第三限定条件和第
四限定条件进行等价变量转化,得到第三数学模型、第五限定条件以及第六限定条件;

在执行步骤S402的过程中,令定义一个矩阵变量
则||wk||2=Tr(Wk);

对上述公式(14)进行等价变量转化,得到第三数学模型,第三数学模型可采用如
下公式(15)表示:







其中,公式(16)用于表征第五限定条件,第五限定条件是通过对用于表征第三限
定条件的公式(13)进行等价变量转化得到的;公式(17)用于表征第六限定条件,第六限定
条件是通过对用于表征第四限定条件的公式(13)进行等价变量转化得到的。

S403,对第三数学模型进行凸优化处理,得到第四数学模型;

在执行步骤S403的过程中,上述用于表征第三数学模型的公式(15)当前依然为非
凸问题,本申请发明人发现,如果去掉公式(19)表示rank-one约束,则可通过半正定松弛方
法(semidefinite relaxation,SDR)放松用于表征第三数学模型的公式(15)的约束,可得
到第四数学模型,第四数学模型可采用如下公式(21)表示:


s.t.(16) (17) (18) (20)

S404,根据第五限定条件和第六限定条件计算第四数学模型的全局最优解;

在执行步骤S404的过程中,由于用于表征第四数学模型的公式(21)为标准的凸优
化问题,则可直接利用现有求解方法,例如,内点法,直接求解得到全局最优解

并且,本申请发明人发现,全局最优解满足公式(19)表征的rank-one约束,也
就是说,第三数学模型到第四数学模型的半正定松弛是紧的,因此,原始的根据第一限定条
件和第二限定条件计算第一数学模型的全局最优解可通过rank-one约束分解
求得,因此,步骤S401~S404公开的求解算法可计算得到第一数学模型
的全局最优解

本发明实施例公开了一种无线能量传输方法,通过计算多天线发射端的最优信能
波束成形向量以及单天线接收机组的最优功率分离比向量,从而使每一个单天线功率分离
结构接收机将接收到的射频信号分离为满足信干噪比约束的第一信号以及满足射频功率
约束的第二信号。从而保证了所有单天线功率分离结构接收机都能同时解码出信息并获取
到足够工作能量。

实施例三

结合上述本发明实施例一和实施例二提供的无线能量传输方法,本实施例三则对
应提供执行上述无线能量传输方法的装置,其结构示意图如图5所示,无线能量传输装置
100,包括:计算模块101、第一发送模块102和第二发送模块103;

计算模块101,用于根据信干噪比门限值和射频功率门限值,计算多天线发射端的
最优信能波束成形向量以及单天线接收机组的最优功率分离比向量,所述最优功率分离比
向量中包含各个单天线功率分离结构接收机的最优功率分离比;

第一发送模块102,用于将携带有最优信能波束成形向量的第一通知发送至多天
线发射端,以使多天线发射端按照最优信能波束成形向量向各个单天线功率分离结构接收
机发送相应的射频信号;

第二发送模块103,用于将携带有最优功率分离比的第二通知发送至相应的单天
线功率分离结构接收机,以使单天线功率分离结构接收机根据最优功率分离比,将接收到
的射频信号分离为用于信息解码的第一信号以及用于功率转化的第二信号,并将第二信号
转化为接收机工作能量。

本发明实施例公开了一种无线能量传输装置,通过计算多天线发射端的最优信能
波束成形向量以及单天线接收机组的最优功率分离比向量,从而使每一个单天线功率分离
结构接收机将接收到的射频信号分离为满足信干噪比约束的第一信号以及满足射频功率
约束的第二信号。从而保证了所有单天线功率分离结构接收机都能同时解码出信息并获取
到足够工作能量。

实施例四

结合上述本发明实施例三公开的无线能量传输装置,如图5所示的计算模块101,
结构示意图如图6所示,包括:第一生成单元201、第二生成单元202、构建生成单元203和计
算单元204;

第一生成单元201,用于生成单天线功率分离结构接收机的射频信号接收公式;

第二生成单元202,用于根据射频信号接收公式分别生成单天线功率分离结构接
收机的信干噪比公式以及功率转化公式;

构建生成单元203,用于构建多天线发射端的用于表征发射功率的第一数学模型,
并生成第一数学模型的限定条件;其中,所述限定条件包括第一限定条件和第二限定条件,
所述第一限定条件是依据信干噪比门限值和信干噪比公式生成的,所述第二限定条件是依
据射频功率门限值和功率转化公式生成的;

计算单元204,用于根据第一限定条件和第二限定条件计算第一数学模型的全局
最优解,并根据全局最优解获取多天线发射端的最优信能波束成形向量以及单天线接收机
组的最优功率分离比向量。

可选的,如图6示出的第二生成单元202,其结构示意图如图7所示,包括:第一生成
子单元301、第二生成子单元302和第三生成子单元303;

第一生成子单元301,用于根据射频信号接收公式分别生成单天线功率分离结构
接收机的信息解码信号接收公式和功率转化信号接收公式;

第二生成子单元302,用于基于信息解码信号接收公式生成单天线功率分离结构
接收机的信干噪比公式,同时,基于功率转化信号接收公式生成单天线功率分离结构接收
机的功率接收公式;

第三生成子单元303,用于依据功率接收公式生成单天线功率分离结构接收机的
功率转化公式。

可选的,如图6示出的计算单元204,其结构示意图如图8所示,包括:第一定义转化
子单元401、第二定义转化子单元402、凸优化处理子单元403和计算子单元404;

第一定义转化子单元401,用于定义第一数学模型的变量,并分别对第一数学模
型、第一限定条件和第二限定条件进行等价变量转化,得到第二数学模型、第三限定条件以
及第四限定条件;

第二定义转化子单元402,用于定义第二数学模型的矩阵变量,并分别对第二数学
模型、第三限定条件和第四限定条件进行等价变量转化,得到第三数学模型、第五限定条件
以及第六限定条件;

凸优化处理子单元403,用于对第三数学模型进行凸优化处理,得到第四数学模
型;

计算子单元404,用于根据第五限定条件和第六限定条件计算第四数学模型的全
局最优解。

本发明实施例公开了一种无线能量传输装置,通过计算多天线发射端的最优信能
波束成形向量以及单天线接收机组的最优功率分离比向量,从而使每一个单天线功率分离
结构接收机将接收到的射频信号分离为满足信干噪比约束的第一信号以及满足射频功率
约束的第二信号。从而保证了所有单天线功率分离结构接收机都能同时解码出信息并获取
到足够工作能量。

以上对本发明所提供的一种无线能量传输方法及装置进行了详细介绍,本文中应
用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理
解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在
具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发
明的限制。

需要说明的是,本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,每个实施例重
点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相
关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个
实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间
存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵
盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素,
或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,
由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备
中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。
对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的
一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明
将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一
致的最宽的范围。

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本发明提供了一种无线能量传输方法及装置,该方法应用于无线能量驱动通信网络中的服务器,通过计算多天线发射端的最优信能波束成形向量以及单天线接收机组的最优功率分离比向量,从而使每一个单天线功率分离结构接收机将接收到的射频信号分离为满足信干噪比约束的第一信号以及满足射频功率约束的第二信号。从而保证了所有单天线功率分离结构接收机都能同时解码出信息并获取到足够工作能量。。

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