CN105430734A - 一种无线能量传输方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种无线能量传输方法及系统，方法包括：获取终端发送的上行导频信息，根据上行导频信息预估下行信道信息；基于大尺度信道衰落信息、参考发射功率值和天线数，计算初始预编码组合系数；基于大尺度信道衰落信息、初始预编码组合系数和预设的预编码组合系数公式，计算初始拉格朗日乘子；将初始格朗日乘子广播至其他基站，接收其他基站发送的与其它基站一一对应的初始拉格朗日乘子；基于拉格朗日乘子数组和功率迭代公式，调整发射功率；基于调整后的发射功率，计算更新发射功率后的预编码组合系数，进而计算对所要发送的能量的能量预编码，将经过能量预编码后的能量发送至终端。应用本发明实施例，提高了多能量源的能量传输效率。

Description

一种无线能量传输方法及系统

技术领域

本发明涉及能量传输技术领域，特别是涉及一种无线能量传输方法及系统。

背景技术

目前，除了通过常见的有线方式传输电能到终端设备外，通过无线方式传输电能的方式日益被人们所需要。具体地，现有的通过无线方式传输电能的技术主要有：基于线圈耦合的无线能量传输技术、基于射频的无线能量传输技术和基于激光的无线能量传输技术，即通过不同的无线传输方式，实现将电能转换为电磁波或射频信号等能量形式进行传输，终端设备再将接收到的电磁波或射频信号转换为电能，最终实现电能的传输。

而由于基于射频信号的无线能量传输技术与无线通信技术较为接近，且能量传输效率较高，因此，基于射频的无线能量传输技术成为实现能量传输的热点。但是，目前基于射频的无线能量传输技术大多是针对单能量源，即单个基站而设计的，无法对多能量源进行充分利用，并且，如何提高多能量源的能量传输效率，在目前多能量传输研究领域较为空缺。

因此，如何对多能源进行充分利用且提高多能量源的能量传输效率，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种无线能量传输方法及系统，以对多能源进行充分利用且提高多能量源的能量传输效率。具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种无线能量传输方法，应用于无线网络中的任一基站，所述无线网络包括多个基站，同一小区内的基站均能够获得位于该小区内的终端发送的能量请求信息，所述任一基站均设置有天线阵列，所述方法包括：

在基于所述天线阵列接收到该小区内的终端发送的能量请求后，获取所述终端发送的上行导频信息，并根据所述上行导频信息预估下行信道信息，其中，所述下行信道信息包括大尺度信道衰落信息；

基于所述大尺度信道衰落信息、参考发射功率值和所述天线阵列所包含的天线数，计算初始预编码组合系数，其中，当所述能量请求为所述基站所接收到的第一个能量请求时，所述参考发射功率值为：预设的初始发射功率信息，当所述能量请求为所述基站所接收到的非第一个能量请求时，所述参考发射功率值为：上一次能量请求处理过程中更新后的预编码组合系数所依据的发射功率的信息；

基于所述大尺度信道衰落信息、所述初始预编码组合系数和预设的预编码组合系数公式，计算初始拉格朗日乘子；

将所述初始格朗日乘子广播至其他基站，并接收其他基站发送的与所述其它基站一一对应的初始拉格朗日乘子，以构建拉格朗日乘子数组；

基于所述拉格朗日乘子数组和功率迭代公式，调整发射功率，以得到调整后的发射功率；

基于所述调整后的发射功率，计算更新发射功率后的预编码组合系数，并基于所述更新发射功率后的预编码组合系数计算对所要发送的能量的能量预编码，并将经过能量预编码后的能量发送至所述终端。

优选地，计算初始预编码组合系数所利用的公式，包括：

$M\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}{\mathrm{\α}}_{lk}^2{\mathrm{\θ}}_{lk}=\frac{p_l}{p},$

其中，所述M为天线阵列所包含的天线数，所述α_lk为初始预编码组合系数，所述p_l为当前基站l的参考发射功率值，所述p为所有基站的总发射功率，所述K为对当前基站l请求能量的终端总数，所述k为第k个请求能量的终端。

优选地，所述预设的预编码组合系数公式为包括：

${\mathrm{\α}}_{lk}^2=\frac{1}{M}{\left(\underset{l=1}{\overset{L}{\Σ}}{\mathrm{\θ}}_{lk}\right)}^{-1}{\[\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{l}K}-\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{p}{\left(\underset{l=1}{\overset{L}{\Σ}}{\mathrm{\θ}}_{lk}\right)}^{-1}\]}^{+},$

其中，所述α_lk为初始预编码组合系数，所述M为天线阵列所包含的天线数，所述θ_lk为大尺度信道衰落信息，所述λ_l为拉格朗日乘子，所述σ为噪声参数，所述p为所有基站的总发射功率，所述L为基站的总数。

优选地，计算能量预编码所利用的公式，包括：

$w_l=\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}{\mathrm{\α}}_{lk}^{\′}{g}_{lk}^{*},$

其中，所述w_l为能量预编码，所述α^′ _lk为更新发射功率后所对应的预编码组合系数，所述为上行信道衰落向量的共轭向量。

优选地，基于所述拉格朗日乘子数组和功率迭代公式，调整发射功率，包括：

判断自身的初始拉格朗日乘子在所述拉格朗日数组中是否为最大拉格朗日乘子或最小拉格朗日乘子；

当判断自身的初始拉格朗日乘子为最大拉格朗日乘子时，利用增大功率迭代公式，计算第一发射功率值，并将所述参考发射功率信息调整至所述第一发射功率值；

当判断自身的初始拉格朗日乘子为最小拉格朗日乘子时，利用降低功率迭代公式，计算第一发射功率值，并将所述参考发射功率信息调整至所述第一发射功率值。

优选地，所述增大功率迭代公式为：

$p_{l_M^t}^t=p_{l_M^t}^{t-1}+{\mathrm{p\δ}}^{t-1},$

其中，所述为所述第一类迭代发射功率值，所述为上一次迭代所确定出的第一类迭代发射功率值，所述δ^t-1为上一次所确定出的功率调整因子，所述p为所有基站的总发射功率，所述M表示具有最大拉格朗日乘子，且t＝1时，所述为参考发射功率值，所述δ^t-1为预设的参考功率调整因子。

优选地，所述降低功率迭代公式为：

$p_{l_m^t}^t=p_{l_m^t}^{t-1}-{\mathrm{p\δ}}^{t-1},$

其中，所述为所述第二类迭代发射功率值，所述为上一次迭代所确定出的第二类迭代发射功率值，所述δ^t-1为上一次所确定出的功率调整因子，所述p为所有基站的总发射功率，所述m表示具有最小拉格朗日乘子，且t＝1时，所述为参考发射功率值，所述δ^t-1为预设的参考功率调整因子。

优选地，所述利用增大功率迭代公式，计算第一发射功率值，包括：

利用所述参考发射功率值、预设的参考功率调整因子和增大功率迭代公式，计算第一次迭代所对应的第一类迭代发射功率值；

将第一次迭代所对应的第一类迭代发射功率值作为当前的第一类迭代发射功率值，将所述预设的参考功率调整因子作为当前的功率调整因子；

利用当前的第一类迭代发射功率值，计算增大发射功率后的拉格朗日乘子，并将增大发射功率后的拉格朗日乘子广播至其他基站，并接收其他基站发送的相对应的更新发射功率后所计算得到的拉格朗日乘子，以构建新的拉格朗日乘子数组；

判断增大发生功率后的拉格朗日乘子是否为新的拉格朗日乘子组中的最小的拉格朗日乘子，如果是，基于当前的第一类迭代发射功率和当前的功率调整因子，确定第一发射功率值，否则，判断增大发生功率后的拉格朗日乘子是否为新的拉格朗日乘子组中的最大的拉格朗日乘子；

当判断结果为否时，将当前的第一类迭代发射功率作为第一发射功率值；

当判断结果为是时，利用当前的第一类迭代发射功率值，计算再次迭代所对应的第一类迭代发射功率值，并将再次迭代所对应的第一类迭代发射功率值重新作为当前的第一类迭代发射功率值，进而触发执行所述利用当前的第一类迭代发射功率值，计算增大发射功率后的拉格朗日乘子的步骤。

优选地，所述基于将当前的第一类迭代发射功率，确定第一发射功率值，包括：

将当前的功率调整因子减少为一半，形成新的功率调整因子；

利用当前的第一类迭代发射功率值和新的功率调整因子，计算再次迭代所对应的第一类迭代发射功率值，并将再次迭代所对应的第一类迭代发射功率值重新作为当前的第一类迭代发射功率值，并将该新的功率调整因子重新作为当前的功率调整因子，触发执行所述利用当前的第一类迭代发射功率值，计算增大发射功率后的拉格朗日乘子的步骤。

第二方面，本发明实施例提供了一种无线能量传输系统，包括：获取单元、初始预编码组合系数计算单元、初始拉格朗日乘子计算单元、构建单元、调整单元和能量预编码单元；

所述获取单元，用于在基于所述天线阵列接收到该小区内的终端发送的能量请求后，获取所述终端发送的上行导频信息，并根据所述上行导频信息预估下行信道信息，其中，所述下行信道信息包括大尺度信道衰落信息；

所述初始预编码组合系数计算单元，用于基于所述大尺度信道衰落信息、参考发射功率值和所述天线阵列所包含的天线数，计算初始预编码组合系数，其中，当所述能量请求为所述基站所接收到的第一个能量请求时，所述参考发射功率值为：预设的初始发射功率信息，当所述能量请求为所述基站所接收到的非第一个能量请求时，所述参考发射功率值为：上一次能量请求处理过程中更新后的预编码组合系数所依据的发射功率的信息；

所述初始拉格朗日乘子计算单元，用于基于所述大尺度信道衰落信息、所述初始预编码组合系数和预设的预编码组合系数公式，计算初始拉格朗日乘子；

所述构建单元，用于将所述初始格朗日乘子广播至其他基站，并接收其他基站发送的与所述其它基站一一对应的初始拉格朗日乘子，以构建拉格朗日乘子数组；

所述调整单元，用于基于所述拉格朗日乘子数组和功率迭代公式，调整发射功率，以得到调整后的发射功率；

所述能量预编码单元，用于基于所述调整后的发射功率，计算更新发射功率后的预编码组合系数，并基于所述更新发射功率后的预编码组合系数计算对所要发送的能量的能量预编码，并将经过能量预编码后的能量发送至所述终端。

优选地，所述初始预编码组合系数计算单元中计算初始预编码组合系数所利用的公式具体为：

$M\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}{\mathrm{\α}}_{lk}^2{\mathrm{\θ}}_{lk}=\frac{p_l}{p},$

其中，所述M为天线阵列所包含的天线数，所述α_lk为初始预编码组合系数，所述p_l为当前基站l的参考发射功率值，所述p为所有基站的总发射功率，所述K为对当前基站l请求能量的终端总数，所述k为第k个请求能量的终端。

优选地，所述初始拉格朗日乘子计算单元中计算所述初始拉格朗日乘子的公式具体为：

${\mathrm{\α}}_{lk}^2=\frac{1}{M}{\left(\underset{l=1}{\overset{L}{\Σ}}{\mathrm{\θ}}_{lk}\right)}^{-1}{\[\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{l}K}-\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{p}{\left(\underset{l=1}{\overset{L}{\Σ}}{\mathrm{\θ}}_{lk}\right)}^{-1}\]}^{+},$

其中，所述α_lk为初始预编码组合系数，所述M为天线阵列所包含的天线数，所述θ_lk为大尺度信道衰落信息，所述λ_l为拉格朗日乘子，所述σ为噪声参数，所述p为所有基站的总发射功率，所述L为基站的总数。

优选地，所述能量预编码单元中计算能量预编码所利用的公式具体为：

$w_l=\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}{\mathrm{\α}}_{lk}^{\′}{g}_{lk}^{*},$

其中，所述w_l为能量预编码，所述α^′ _lk为更新发射功率后所对应的预编码组合系数，所述为上行信道衰落向量的共轭向量。

优选地，所述调整单元包括：判断子单元、增大发射功率子单元和降低发射功率子单元；

所述判断子单元，用于判断自身的初始拉格朗日乘子在所述拉格朗日数组中是否为最大拉格朗日乘子或最小拉格朗日乘子；

所述增大发射功率子单元，用于当判断自身的初始拉格朗日乘子为最大拉格朗日乘子时，利用增大功率迭代公式，计算第一发射功率值，并将所述参考发射功率信息调整至所述第一发射功率值；

所述降低发射功率子单元，用于当判断自身的初始拉格朗日乘子为最小拉格朗日乘子时，利用降低功率迭代公式，计算第一发射功率值，并将所述参考发射功率信息调整至所述第一发射功率值。

优选地，所述增大发射功率子单元所利用的增大功率迭代公式具体为：

$p_{l_M^t}^t=p_{l_M^t}^{t-1}+{\mathrm{p\δ}}^{t-1},$

其中，所述为所述第一类迭代发射功率值，所述为上一次迭代所确定出的第一类迭代发射功率值，所述δ^t-1为上一次所确定出的功率调整因子，所述p为所有基站的总发射功率，所述^M表示具有最大拉格朗日乘子，且t＝1时，所述为参考发射功率值，所述δ^t-1为预设的参考功率调整因子。

优选地，所述降低发射功率子单元所利用的所述降低功率迭代公式具体为：

$p_{l_m^t}^t=p_{l_m^t}^{t-1}-{\mathrm{p\δ}}^{t-1},$

其中，所述 $p_{l_m^t}^t$ 为所述第二类迭代发射功率值，所述 $p_{l_m^t}^{t-1}$ 为上一次迭代所确定出的第二类迭代发射功率值，所述δ^t-1为上一次所确定出的功率调整因子，所述p为所有基站的总发射功率，所述m表示具有最小拉格朗日乘子，且t＝1时，所述为参考发射功率值，所述δ^t-1为预设的参考功率调整因子。

优选地，所述增大发射功率单元，包括：第一迭代子单元、调整功率调整因子子单元、新的拉格朗日乘子数组构建子单元、拉格朗日乘子第一判断子单元、拉格朗日乘子第二判断子单元、拉格朗日乘子第三判断子单元；

所述第一迭代子单元，用于利用所述参考发射功率值、预设的参考功率调整因子和增大功率迭代公式，计算第一次迭代所对应的第一类迭代发射功率值；

所述调整功率调整因子子单元，用于将第一次迭代所对应的第一类迭代发射功率值作为当前的第一类迭代发射功率值，将所述预设的参考功率调整因子作为当前的功率调整因子；

所述新的拉格朗日乘子数组构建子单元，利用当前的第一类迭代发射功率值，计算增大发射功率后的拉格朗日乘子，并将增大发射功率后的拉格朗日乘子广播至其他基站，并接收其他基站发送的相对应的更新发射功率后所计算得到的拉格朗日乘子，以构建新的拉格朗日乘子数组；

所述拉格朗日乘子第一判断子单元，用于判断增大发生功率后的拉格朗日乘子是否为新的拉格朗日乘子组中的最小的拉格朗日乘子，如果是，基于当前的第一类迭代发射功率和当前的功率调整因子，确定第一发射功率值，否则，判断增大发生功率后的拉格朗日乘子是否为新的拉格朗日乘子组中的最大的拉格朗日乘子；

所述拉格朗日乘子第二判断子单元，用于当判断结果为否时，将当前的第一类迭代发射功率作为第一发射功率值；

所述拉格朗日乘子第三判断子单元，用于当判断结果为是时，利用当前的第一类迭代发射功率值，计算再次迭代所对应的第一类迭代发射功率值，并将再次迭代所对应的第一类迭代发射功率值重新作为当前的第一类迭代发射功率值，进而触发执行所述利用当前的第一类迭代发射功率值，计算增大发射功率后的拉格朗日乘子的步骤。

优选地，所述拉格朗日乘子第一判断子单元具体用于：

将当前的功率调整因子减少为一半，形成新的功率调整因子；

利用当前的第一类迭代发射功率值和新的功率调整因子，计算再次迭代所对应的第一类迭代发射功率值，并将再次迭代所对应的第一类迭代发射功率值重新作为当前的第一类迭代发射功率值，并将该新的功率调整因子重新作为当前的功率调整因子，触发执行所述利用当前的第一类迭代发射功率值，计算增大发射功率后的拉格朗日乘子的步骤。

本发明实施例提供的无线能量传输方法及系统，通过多个基站给终端发送射频信息，实现了多能量源对终端进行能量供应，提高了对多能量源的能量利用率；并且在各个基站中设置有天线阵列，使得各个基站传输的能量对准终端，提高了能量传输的效率；特别地，根据获取的大尺度信道衰落信息和此时基站的参考发射功率信息，计算出各个基站的无线能量传输信道的衰落信息所对应的拉格朗日乘子，从而基于拉格朗日乘子的大小调整发射功率，即调整衰落大的信道的降低能量发射功率，调整衰落小的信道的增大能量发射功率，进一步提高了多能量源的能量传输效率；同时每个基站进行独立的能量预编码迭代计算，即每个基站的可依据实际的信道状态进行能量预编码，使得能量传输效率更高，且减少了现有的集中式能量传输系统中必须在集中控制器中进行能量预编码的信息交互数量和时延，即相对于集中式能量传输系统，本申请的分布式能量预编码的设计方案降低了复杂度，且获得了接近集中式能量传输系统的能量传输效率。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种无线能量传输方法的流程图；

图2为本发明实施提供的一种无线能量传输方法的传输模型示意图；

图3为本发明实施例提供的一种无线能量传输系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种无线能量传输方案的一个仿真模型的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种无线能量传输方案与现有的无线能量传输方案的性能比对的坐标示意图；

图6为本发明实施例提供的一种无线能量传输方案的迭代次数对应的收敛性能的坐标示意图。

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。

为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种无线能量传输方法及系统。

首先，本发明实施例提供了一种无线能量传输方法，应用于无线网络中的任一基站，该无线网络包括多个基站，同一小区内的基站均能够获得位于该小区内的终端发送的能量请求信息，该任一基站均设置有天线阵列，如图1所示，该无线能量传输方法可以包括如下步骤：

S101：在基于该天线阵列接收到该小区内的终端发送的能量请求后，获取该终端发送的上行导频信息，并根据该上行导频信息预估下行信道信息，其中，该下行信道信息包括大尺度信道衰落信息；

其中，小区内的多个基站连续发射广播信号，在该小区内的终端开机后，该终端即可获取该多个基站发送的广播信号，并在建立连接后给该多个基站发送上行导频信息，基站通过信道估计可以得到上行信道信息，其中，该上行信道信息其中θ_lk为本申请中所提及的大尺度信道衰落信息，h_lk为小尺度衰落向量，l表示该终端发送的上行导频信息所对应的基站，k表示上述所提及的终端。

并且，基站接收到该终端发送的上行导频信息后，利用时分双工系统信道的互易性得到下行导频信息，从而得到该基站到该终端的下行信道的信道衰落信息和大尺度信道衰落因子此为现有技术，在此不做详述。从而可以基于该大尺度信道衰落因子计算出拉格朗日乘子，并调整该终端发送的上行导频信息所对应的基站的发射功率，进而提高多能量源的能量传输效率。

值得强调的是，本发明所提及的小区只表示一个区域的范围，并不局限于具体的小区，本领域的技术人员可根据实际情况的具体需要划分小区的大小，此为现有技术，在此不做赘述。

S102：基于该大尺度信道衰落信息、参考发射功率值和该天线阵列所包含的天线数，计算初始预编码组合系数，其中，当该能量请求为该基站所接收到的第一个能量请求时，该参考发射功率值为：预设的初始发射功率信息，当该能量请求为该基站所接收到的非第一个能量请求时，该参考发射功率值为：上一次能量请求处理过程中更新后的预编码组合系数所依据的发射功率的信息；

其中，该无线网络中的各个基站中均设置有天线阵列，而天线阵列具有多根天线，使得各个基站传输的能量对准终端，提高了能量传输的效率；且在获取对应无线能量传输信道的大尺度信道衰落信息后，可基于当前基站的参考发射功率值和基站的天线阵列所包含的天线数计算初始预编码组合系数，以便后续对初始拉格朗日乘子进行计算。

值得注意的是，在任一基站是第一次获取该终端的能量请求时，将预设的初始发射功率值作为参考发射功率值，其中，该预设的初始发射功率值可由本领域的技术人员根据具体情况进行设定；当再次获取该终端的能量请求时，按照上一次调整得到的功率发射值作为参考发射功率值，避免了对同一无线能量传输信道的发射功率值进行重复计算，提高了对功率发射值的调整速度。

S103：基于该大尺度信道衰落信息、该初始预编码组合系数和预设的预编码组合系数公式，计算初始拉格朗日乘子；

其中，该基站在获取与该终端的对应的大尺度信道衰落信息和初始预编码组合系数后，可以得到一个相应的初始拉格朗日乘子，且大尺度信道衰落信息的值越大，其所对应的初始拉格朗日乘子越小，相应地，大尺度信道衰落信息越小，其所对应的初始拉格朗日乘子越大；进而根据初始拉格朗日乘子的大小判断是否需要调整发射功率，即可以调整衰落最大的信道(对应的初始拉格朗日乘子最小)的降低能量发射功率，调整衰落最小的信道(对应的初始拉格朗日乘子最大)的增大能量发射功率，进一步提高了多能量源的能量传输效率。

S104：将该初始格朗日乘子广播至其他基站，并接收其他基站发送的与该其它基站一一对应的初始拉格朗日乘子，以构建拉格朗日乘子数组；

其中，在各个基站之间仅需交换拉格朗日乘子，减少了基站间交互的信息量，从而提高了信息的交互速度和处理速度，降低了调整至最终发射功率过程中所耗费的时间，提升了用户体验。

S105：基于该拉格朗日乘子数组和功率迭代公式，调整发射功率，以得到调整后的发射功率；

其中，基站通过计算得到一个自身的初始拉格朗日乘子，并接收到由其他基站广播的相对应的初始拉格朗日乘子，从而得到拉格朗日乘子数组；可以先对当前的拉格朗日乘子数组中的最大拉格朗日和最小拉格朗日乘子的差值进行判断，当该差值小于预定的差值时，可判断各个无线能量传输信道的信道衰落状态大致相同，此时不对发射功率做调整，各个基站均维持发射功率为参考发射功率值，其中，该预设的差值可由本领域的技术人员根据实际情况进行设定，在此不做具体限定。

当该差值大于预定的差值时，可判断各个无线能量传输信道的信道衰落状态区别较大，此时各个基站通过判断自身的初始拉格朗日乘子的大小，并利用功率迭代公式对发射功率进行计算，并根据计算值对发射功率进行调整。具体可为，当任一基站判断自身的初始拉格朗日乘子为拉格朗日乘子数组中的最大的拉格朗日乘子时，利用功率迭代公式计算降低能量发射功率后的发射功率；当任一基站判断自身的初始拉格朗日乘子为拉格朗日乘子数组中的最小的拉格朗日乘子时，利用功率迭代公式计算增大能量发射功率后的发射功率，从而提高能量源的能量传输效率，其中，该功率迭代公式用于计算降低能量发射功率和增大能量发射功率的表达式并不相同。

S106：基于该调整后的发射功率，计算更新发射功率后的预编码组合系数，并基于该更新发射功率后的预编码组合系数计算对所要发送的能量的能量预编码，并将经过能量预编码后的能量发送至该终端。

其中，在基于该拉格朗日乘子数组和功率迭代公计算出发射功率后，将该基站的发射功率由参考功率发射值调整至由上述计算得到的降低能量发射功率或增大能量发射功率后的发射功率，并计算此时的调整后的发射功率所对应的预编码组合系数，从而该基站可根据该预编码组合系数对能量进行预编码，并且，其他各个未调整发射功率的基站也根据参考功率发射值计算出预编码组合系数，并对能量进行预编码，即各个基站的都可依据实际的信道状态进行能量预编码，以得到发送给该终端的对应的能量，降低了能量分配系统的复杂性，提高了能量的分配效率。并且结合功率迭代公式实时计算发射功率，使得在多个终端同时请求能量的情况下能够兼顾各个终端获取能量的公平性，且减少了现有的集中式能量传输系统中必须在集中控制器中进行能量预编码的信息交互数量和时延。

值得强调的是，上述提及到的能量为射频能量，在各个基站将射频能量发送至该终端后，该终端将接收到的射频信号进行直流处理，从而得到所需要的电能，其中，该直流处理方法为现有技术，在此不再详述。

本发明实施例提供的无线能量传输方法及系统，通过多个基站给终端发送射频信息，实现了多能量源对终端进行能量供应，提高了对多能量源的能量利用率；并且在各个基站中设置有天线阵列，使得各个基站传输的能量对准终端，提高了能量传输的效率；特别地，根据获取的大尺度信道衰落信息和此时基站的参考发射功率信息，计算出各个基站的无线能量传输信道的衰落信息所对应的拉格朗日乘子，从而基于拉格朗日乘子的大小调整发射功率，即调整衰落大的信道的降低能量发射功率，调整衰落小的信道的增大能量发射功率，进一步提高了多能量源的能量传输效率；同时每个基站进行独立的能量预编码迭代计算，即每个基站的可依据实际的信道状态进行能量预编码，使得能量传输效率更高，且减少了现有的集中式能量传输系统中必须在集中控制器中进行能量预编码的信息交互数量和时延，即相对于集中式能量传输系统，本申请的分布式能量预编码的设计方案降低了复杂度，且获得了接近集中式能量传输系统的能量传输效率。

更进一步地，计算初始预编码组合系数所利用的公式，包括：

$M\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}{\mathrm{\α}}_{lk}^2{\mathrm{\θ}}_{lk}=\frac{p_l}{p},$

其中，该M为天线阵列所包含的天线数，该α_lk为初始预编码组合系数，该p_l为当前基站l的参考发射功率值，该p为所有基站的总发射功率，该K为对当前基站l请求能量的终端总数，该k为第k个请求能量的终端。可以理解的是，在该种实现方式中，可以通过该计算公式求出初始预编码组合系数。

更进一步地，该预设的预编码组合系数公式为包括：

${\mathrm{\α}}_{lk}^2=\frac{1}{M}{\left(\underset{l=1}{\overset{L}{\Σ}}{\mathrm{\θ}}_{lk}\right)}^{-1}{\[\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{l}K}-\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{p}{\left(\underset{l=1}{\overset{L}{\Σ}}{\mathrm{\θ}}_{lk}\right)}^{-1}\]}^{+},$

其中，该α_lk为初始预编码组合系数，该M为天线阵列所包含的天线数，该θ_lk为大尺度信道衰落信息，该λ_l为初始拉格朗日乘子，该σ为噪声参数，该p为所有基站的总发射功率，该L为基站的总数。可以理解的是，在该种实现方式中，通过该预设的预编码组合系数公式可以计算出该预编码组合系数所对应的初始拉格朗日乘子。

更进一步地，计算能量预编码所利用的公式，包括：

$w_l=\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}{\mathrm{\α}}_{lk}^{\′}{g}_{lk}^{*},$

其中，该w_l为能量预编码，该α^′ _lk为更新发射功率后所对应的预编码组合系数，该为上行信道衰落向量的共轭向量。可以理解的是，在该种实现方式中，基站调整发射功率后，其对应的预编码组合系数也随之改变，从而得到更新发射功率后的α^′ _lk，并且该为上行信道衰落信息g_lk的向量的共轭向量，从而可基于更新发射功率后所对应的预编码组合系数和上行信道衰落信息g_lk的向量的共轭向量计算出该基站的能量预编码，从而利用该能量预编码作为发送能量的权重，计算所要发送的能量所对应的数值，其中，将能量预编码作为分配能量的权重为现有技术，在此不做详述。

更进一步地，基于该拉格朗日乘子数组和功率迭代公式，调整发射功率，包括：判断自身的初始拉格朗日乘子在该拉格朗日数组中是否为最大拉格朗日乘子或最小拉格朗日乘子；当判断自身的初始拉格朗日乘子为最大拉格朗日乘子时，利用增大功率迭代公式，计算第一发射功率值，并将该参考发射功率信息调整至该第一发射功率值；当判断自身的初始拉格朗日乘子为最小拉格朗日乘子时，利用降低功率迭代公式，计算第一发射功率值，并将该参考发射功率信息调整至该第一发射功率值。

可以理解的是，在该种实现方式中，在获取拉格朗日乘子数组后，各个基站对自身的初始拉格朗日乘子的大小进行判断，当判断自身的初始拉格朗日乘子属于拉格朗日乘子数组中的最大拉格朗日乘子时，利用增大功率迭代公式进行一次迭代计算，计算迭代后的当前的发射功率值，并将当前的发射功率值作为第一发射功率值，且将此时的无线能量传输的发射功率值调整至该第一发射功率值，并将该第一发射功率值设置为参考功率发射值，以供下一次接收该终端对应的能量请求时，直接作为参考功率发射值进行计算，提高计算速度。

另外，当判断自身的初始拉格朗日乘子属于拉格朗日乘子数组中的最小拉格朗日乘子时，利用降低功率迭代公式进行一次迭代计算，计算迭代后的当前的发射功率值，并将该当前的发射功率值作为第一发射功率值，且将此时的无线能量传输的发射功率值调整至该第一发射功率值，并将该第一发射功率值设置为参考功率发射值，以供下一次接收该终端对应的能量请求时，直接作为参考功率发射值进行计算，提高计算速度。

更进一步地，该增大功率迭代公式为：

$p_{l_M^t}^t=p_{l_M^t}^{t-1}+{\mathrm{p\δ}}^{t-1},$

其中，该为该第一类迭代发射功率值，该为上一次迭代所确定出的第一类迭代发射功率值，该δ^t-1为上一次所确定出的功率调整因子，该p为所有基站的总发射功率，该M表示具有最大拉格朗日乘子，且t＝1时，该为参考发射功率值，该δ^t-1为预设的参考功率调整因子。

更进一步地，该降低功率迭代公式为：

$p_{l_m^t}^t=p_{l_m^t}^{t-1}-{\mathrm{p\δ}}^{t-1},$

其中，该为该第二类迭代发射功率值，该为上一次迭代所确定出的第二类迭代发射功率值，该δ^t-1为上一次所确定出的功率调整因子，该p为所有基站的总发射功率，该m表示具有最小拉格朗日乘子，且t＝1时，该为参考发射功率值，该δ^t-1为预设的参考功率调整因子。

更进一步地，该利用增大功率迭代公式，计算第一发射功率值，包括：利用该参考发射功率值、预设的参考功率调整因子和增大功率迭代公式，计算第一次迭代所对应的第一类迭代发射功率值；将第一次迭代所对应的第一类迭代发射功率值作为当前的第一类迭代发射功率值，将该预设的参考功率调整因子作为当前的功率调整因子；利用当前的第一类迭代发射功率值，计算增大发射功率后的拉格朗日乘子，并将增大发射功率后的拉格朗日乘子广播至其他基站，并接收其他基站发送的相对应的更新发射功率后所计算得到的拉格朗日乘子，以构建新的拉格朗日乘子数组；

判断增大发生功率后的拉格朗日乘子是否为新的拉格朗日乘子组中的最小的拉格朗日乘子，如果是，基于当前的第一类迭代发射功率和当前的功率调整因子，确定第一发射功率值，否则，判断增大发生功率后的拉格朗日乘子是否为新的拉格朗日乘子组中的最大的拉格朗日乘子；当判断结果为否时，将当前的第一类迭代发射功率作为第一发射功率值；当判断结果为是时，利用当前的第一类迭代发射功率值，计算再次迭代所对应的第一类迭代发射功率值，并将再次迭代所对应的第一类迭代发射功率值重新作为当前的第一类迭代发射功率值，进而触发执行该利用当前的第一类迭代发射功率值，计算增大发射功率后的拉格朗日乘子的步骤。

可以理解的是，在该种实现方式中，利用增大功率迭代公式进行多次迭代，将最后一次迭代后得到的发射功率设置为第一发射功率值，并调整该基站的发射功率至该第一发射功率。具体地，利用增大功率迭代公式进行一次迭代计算后，得到第一类迭代发射功率值，并利用该第一类迭代发射功率值计算此时的第一类迭代发射功率值所对应的拉格朗日乘子，且接收其具有最小初始拉格朗日乘子的基站利用降低功率迭代公式计算得到的发射功率值所对应的拉格朗日乘子，以得到新的拉格朗日乘子数组，且此时只需在两个基站间交互拉格朗日乘子信息，减少了信息的交互量，降低了能量发射系统的计算复杂度。

利用该第一类迭代发射功率值计算此时的第一类迭代发射功率值所对应的拉格朗日乘子后，判断该第一类迭代发射功率值所对应的拉格朗日乘子是否是新的拉格朗日乘子数组中最小的拉格朗日乘子，如果是，则可知该基站的在最大拉格朗日乘子和最小拉格朗日乘子之间波动，即可判断当前能量发射系统不稳定，此时不调整该基站的发射功率值，将该基站的预设发射功率值作为第一类迭代发射功率值，且此时将该基站的预设的发射功率值设置为第一发射功率值。

当判断该第一类迭代发射功率值所对应的拉格朗日乘子不是新的拉格朗日乘子数组中最小的拉格朗日乘子，且判断是新的拉格朗日乘子数组中最大的拉格朗日乘子时，继续使用增大发射功率迭代公式计算第二次迭代所对应的第一类迭代发射功率值，若在进行相应计算后一直为最大拉格朗日乘子，则当满足迭代终止条件时，上述迭代终止。

也就是说，多次迭代能够进行的前提条件是，当利用每次迭代后得到的发射功率计算新的拉格朗日乘子都为新的拉格朗日乘子数组中最大的拉格朗日乘子。迭代终止条件可为：直到利用每次迭代后得到的发射功率计算新的拉格朗日乘子都为新的拉格朗日乘子数组中最大的拉格朗日乘子，且与最小的拉格朗日乘子的差值小于预设差值时，则终止迭代；或者直到利用每次迭代后得到的发射功率计算新的拉格朗日乘子都为新的拉格朗日乘子数组中的最小拉格朗日乘子或者处于中间值时，终止迭代，且将最后一次计算得到的发射功率作为第一发射功率。

更进一步地，该基于将当前的第一类迭代发射功率，确定第一发射功率值，包括：将当前的功率调整因子减少为一半，形成新的功率调整因子；利用当前的第一类迭代发射功率值和新的功率调整因子，计算再次迭代所对应的第一类迭代发射功率值，并将再次迭代所对应的第一类迭代发射功率值重新作为当前的第一类迭代发射功率值，并将该新的功率调整因子重新作为当前的功率调整因子，触发执行该利用当前的第一类迭代发射功率值，计算增大发射功率后的拉格朗日乘子的步骤。

可以理解的是，在该种实现方式中，基于将当前的第一类迭代发射功率，该第一类迭代发射功率可以理解为利用一次增大功率迭代公式进行迭代后得到的结果。其中，当判断该第一类迭代发射功率值所对应的拉格朗日乘子是新的拉格朗日乘子数组中最小的拉格朗日乘子时，则可知该基站的在最大拉格朗日乘子和最小拉格朗日乘子之间波动，即可判断当前能量发射系统不稳定，此时不调整该基站的发射功率值，将该基站的预设发射功率值作为第一类迭代发射功率值，且此时可以将该基站的预设的发射功率值设置第一发射功率值，将当前的功率调整因子减少为一半，形成新的功率调整因子，便于下次该终端的能量请求来时对发射功率进行计算，减少计算量。

也可以将当前的功率调整因子减少为一半，形成新的功率调整因子后，再利用增大发射功率迭代公式和第一类迭代发射功率值，计算再次迭代所对应的第一类迭代发射功率值，并将再次迭代所对应的第一类迭代发射功率值重新作为当前的第一类迭代发射功率值，进行重复迭代计算，直至满足终止迭代条件。值得强调的是，采用的功率调整方案的迭代次数取决于终端对分配能量的效用的要求的高低，当终端要得到高的平均能量收获效用时，迭代次数应为多次，当终端对要得到的平均能量收获效用没有要求时，迭代次数为一两次即可。

此外，当判断该第一类迭代发射功率值所对应的拉格朗日乘子不是新的拉格朗日乘子数组中最小的拉格朗日乘子，且判断是新的拉格朗日乘子数组中最大的拉格朗日乘子时，继续使用增大发射功率迭代公式计算第二次迭代所对应的第一类迭代发射功率值，若在进行相应计算后一直为最大拉格朗日乘子，则当满足迭代终止条件时，上述迭代终止。

同理，可以理解的是，当判断自身的初始拉格朗日乘子为最小拉格朗日乘子时，利用降低功率迭代公式，计算第一发射功率值，并将该参考发射功率信息调整至该第一发射功率值；另外，利用该降低功率迭代公式，计算第一发射功率可具体包括：

利用该参考发射功率值、预设的参考功率调整因子和降低功率迭代公式，计算第一次迭代所对应的第一类迭代发射功率值；将第一次迭代所对应的第一类迭代发射功率值作为当前的第一类迭代发射功率值，将该预设的参考功率调整因子作为当前的功率调整因子；利用当前的第一类迭代发射功率值，计算降低发射功率后的拉格朗日乘子，并将降低发射功率后的拉格朗日乘子广播至其他基站，并接收其他基站发送的相对应的更新发射功率后所计算得到的拉格朗日乘子，以构建新的拉格朗日乘子数组；

判断降低发生功率后的拉格朗日乘子是否为新的拉格朗日乘子组中的最小的拉格朗日乘子，如果是，基于当前的第一类迭代发射功率和当前的功率调整因子，确定第一发射功率值，否则，判断降低发生功率后的拉格朗日乘子是否为新的拉格朗日乘子组中的最大的拉格朗日乘子；当判断结果为否时，将当前的第一类迭代发射功率作为第一发射功率值；当判断结果为是时，利用当前的第一类迭代发射功率值，计算再次迭代所对应的第一类迭代发射功率值，并将再次迭代所对应的第一类迭代发射功率值重新作为当前的第一类迭代发射功率值，进而触发执行该利用当前的第一类迭代发射功率值，计算降低发射功率后的拉格朗日乘子的步骤。

下面结合图2对本发明实施例的一种无线能量传输方法的传输模型示意图进行说明。

如图2所示，图2示出了共有L个基站对终端进行能量传输，且各个基站均有天线阵列M，且终端的总数为K，其中，L、M、K均大于等于1。

具体地，如图2所示的小区内有L个基站连续发射导频信号，在该小区内的K个终端开机后，即可获取L个基站中任一基站发送的广播信号，建立连接后给该L个基站发送上行导频信息，基站通过信道估计可以获得上行信道信息g_lk，其中，l∈{1,2,…,L}，利用时分双工系统信道的互易性得到下行信道信息，及其大尺度信道衰落因子，从而可以基于该大尺度信道衰落因子计算出拉格朗日乘子λ_l，并在各个基站之间交换拉格朗日乘子，从而调整该终端发送的上行导频信息所对应的基站的发射功率，并利用调整后的发射功率后对能量进行预编码计算，得到能量预编码为从而形成其发送信号为提高了多能量源的能量传输效率，其中，图中所示的调制符号s的绝对值取值为1。

相应于上述方法实施例，本发明实施例还提供了一种无线能量传输系统，如图3所述，该系统包括：

获取单元301，用于在基于该天线阵列接收到该小区内的终端发送的能量请求后，获取该终端发送的上行导频信息，并根据该上行导频信息预估下行信道信息，其中，该下行信道信息包括大尺度信道衰落信息；

初始预编码组合系数计算单元302，用于基于该大尺度信道衰落信息、参考发射功率值和该天线阵列所包含的天线数，计算初始预编码组合系数，其中，当该能量请求为该基站所接收到的第一个能量请求时，该参考发射功率值为：预设的初始发射功率信息，当该能量请求为该基站所接收到的非第一个能量请求时，该参考发射功率值为：上一次能量请求处理过程中更新后的预编码组合系数所依据的发射功率的信息；

初始拉格朗日乘子计算单元303，用于基于该大尺度信道衰落信息、该初始预编码组合系数和预设的预编码组合系数公式，计算初始拉格朗日乘子；

构建单元304，用于将该初始格朗日乘子广播至其他基站，并接收其他基站发送的与该其它基站一一对应的初始拉格朗日乘子，以构建拉格朗日乘子数组；

调整单元305，用于基于该拉格朗日乘子数组和功率迭代公式，调整发射功率，以得到调整后的发射功率；

能量预编码单元306，用于基于该调整后的发射功率，计算更新发射功率后的预编码组合系数，并基于该更新发射功率后的预编码组合系数计算对所要发送的能量的能量预编码，并将经过能量预编码后的能量发送至该终端。

本发明实施例提供的无线能量传输方法及系统，通过多个基站给终端发送射频信息，实现了多能量源对终端进行能量供应，提高了对多能量源的能量利用率；并且在各个基站中设置有天线阵列，使得各个基站传输的能量对准终端，提高了能量传输的效率；特别地，根据获取的大尺度信道衰落信息和此时基站的参考发射功率信息，计算出各个基站的无线能量传输信道的衰落信息所对应的拉格朗日乘子，从而基于拉格朗日乘子的大小调整发射功率，即调整衰落大的信道的降低能量发射功率，调整衰落小的信道的增大能量发射功率，进一步提高了多能量源的能量传输效率；同时每个基站进行独立的能量预编码迭代计算，即每个基站的可依据实际的信道状态进行能量预编码，使得能量传输效率更高，且减少了现有的集中式能量传输系统中必须在集中控制器中进行能量预编码的信息交互数量和时延，即相对于集中式能量传输系统，本申请的分布式能量预编码的设计方案降低了复杂度，且获得了接近集中式能量传输系统的能量传输效率。

更进一步地，该初始预编码组合系数计算单元302中计算初始预编码组合系数所利用的公式具体为：

$M\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}{\mathrm{\α}}_{lk}^2{\mathrm{\θ}}_{lk}=\frac{p_l}{p},$

其中，该M为天线阵列所包含的天线数，该α_lk为初始预编码组合系数，该p_l为当前基站l的参考发射功率值，该p为所有基站的总发射功率，该K为对当前基站l请求能量的终端总数，该k为第k个请求能量的终端。

更进一步地，该初始拉格朗日乘子计算单元303中计算该初始拉格朗日乘子的公式具体为：

${\mathrm{\α}}_{lk}^2=\frac{1}{M}{\left(\underset{l=1}{\overset{L}{\Σ}}{\mathrm{\θ}}_{lk}\right)}^{-1}{\[\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{l}K}-\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{p}{\left(\underset{l=1}{\overset{L}{\Σ}}{\mathrm{\θ}}_{lk}\right)}^{-1}\]}^{+},$

其中，该α_lk为初始预编码组合系数，该M为天线阵列所包含的天线数，该θ_lk为大尺度信道衰落信息，该λ_l为拉格朗日乘子，该σ为噪声参数，该p为所有基站的总发射功率，该L为基站的总数。

更进一步地，该能量预编码单元306中计算能量预编码所利用的公式具体为：

$w_l=\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}{\mathrm{\α}}_{lk}^{\′}{g}_{lk}^{*},$

其中，该w_l为能量预编码，该α^′ _lk为更新发射功率后所对应的预编码组合系数，该为上行信道衰落向量的共轭向量。

更进一步地，该调整单元305包括：判断子单元、增大发射功率子单元和降低发射功率子单元；

该判断子单元，用于判断自身的初始拉格朗日乘子在该拉格朗日数组中是否为最大拉格朗日乘子或最小拉格朗日乘子；

该增大发射功率子单元，用于当判断自身的初始拉格朗日乘子为最大拉格朗日乘子时，利用增大功率迭代公式，计算第一发射功率值，并将该参考发射功率信息调整至该第一发射功率值；

该降低发射功率子单元，用于当判断自身的初始拉格朗日乘子为最小拉格朗日乘子时，利用降低功率迭代公式，计算第一发射功率值，并将该参考发射功率信息调整至该第一发射功率值。

更进一步地，该增大发射功率子单元所利用的增大功率迭代公式具体为：

$p_{l_M^t}^t=p_{l_M^t}^{t-1}+{\mathrm{p\δ}}^{t-1},$

其中，该为该第一类迭代发射功率值，该为上一次迭代所确定出的第一类迭代发射功率值，该δ^t-1为上一次所确定出的功率调整因子，该p为所有基站的总发射功率，该M表示具有最大拉格朗日乘子，且t＝1时，该为参考发射功率值，该δ^t-1为预设的参考功率调整因子。

更进一步地，该降低发射功率子单元所利用的该降低功率迭代公式具体为：

$p_{l_m^t}^t=p_{l_m^t}^{t-1}-{\mathrm{p\δ}}^{t-1},$

其中，该为该第二类迭代发射功率值，该为上一次迭代所确定出的第二类迭代发射功率值，该δ^t-1为上一次所确定出的功率调整因子，该p为所有基站的总发射功率，该m表示具有最小拉格朗日乘子，且t＝1时，该为参考发射功率值，该δ^t-1为预设的参考功率调整因子。

更进一步地，该增大发射功率子单元包括：第一迭代子单元、调整功率调整因子子单元、新的拉格朗日乘子数组构建子单元、拉格朗日乘子第一判断子单元、拉格朗日乘子第二判断子单元、拉格朗日乘子第三判断子单元；

该第一迭代子单元，用于利用该参考发射功率值、预设的参考功率调整因子和增大功率迭代公式，计算第一次迭代所对应的第一类迭代发射功率值；

该调整功率调整因子子单元，用于将第一次迭代所对应的第一类迭代发射功率值作为当前的第一类迭代发射功率值，将该预设的参考功率调整因子作为当前的功率调整因子；

该新的拉格朗日乘子数组构建子单元，利用当前的第一类迭代发射功率值，计算增大发射功率后的拉格朗日乘子，并将增大发射功率后的拉格朗日乘子广播至其他基站，并接收其他基站发送的相对应的增大发射功率后所计算得到的拉格朗日乘子，以构建新的拉格朗日乘子数组；

该拉格朗日乘子第一判断子单元，用于判断增大发生功率后的拉格朗日乘子是否为新的拉格朗日乘子组中的最小的拉格朗日乘子，如果是，基于当前的第一类迭代发射功率和当前的功率调整因子，确定第一发射功率值，否则，判断增大发生功率后的拉格朗日乘子是否为新的拉格朗日乘子组中的最大的拉格朗日乘子；

该拉格朗日乘子第二判断子单元，用于当判断结果为否时，将当前的第一类迭代发射功率作为第一发射功率值；

该拉格朗日乘子第三判断子单元，用于当判断结果为是时，利用当前的第一类迭代发射功率值，计算再次迭代所对应的第一类迭代发射功率值，并将再次迭代所对应的第一类迭代发射功率值重新作为当前的第一类迭代发射功率值，进而触发执行该利用当前的第一类迭代发射功率值，计算增大发射功率后的拉格朗日乘子的步骤。

更进一步地，该拉格朗日乘子第一判断子单元具体用于：

将当前的功率调整因子减少为一半，形成新的功率调整因子；

利用当前的第一类迭代发射功率值和新的功率调整因子，计算再次迭代所对应的第一类迭代发射功率值，并将再次迭代所对应的第一类迭代发射功率值重新作为当前的第一类迭代发射功率值，并将该新的功率调整因子重新作为当前的功率调整因子，触发执行该利用当前的第一类迭代发射功率值，计算增大发射功率后的拉格朗日乘子的步骤。

下面结合图4和图5对本发明实施例的一种无线能量传输方案构建的仿真模型与现有的无线能量传输方案的能量传输性能的坐标示意图进行说明。

如图4示出了无线能量传输的一个仿真模型，如图4所示，仿真中假设每个小区内有L个基站，并且假每个基站的附近范围内有5个终端，即所有用户个数K＝5L，每5个终端均匀分布在最小半径为1m，变长为10m的六边形小区内，基站处于六边形区域的中心。基站的天线个数M＝256，能量转换效率η＝0.8，下行能量传输时间长度为T＝5ms。用户端的噪声功率归一化为1，大尺度衰落为d_lk为第k终端与基站l的距离，ξ_lk为标准差为8dB的对数阴影衰落，所有基站的总功率满足p/(Mσ²)＝10+10log₁₀(L)dB。

方法一是按照现有的等功率分配能量传输的方式进行能量预编码，即预编码的组合系数为α_lk＝1/(Mθ_lk)；

方法二是按照非协作能量传输的方式进行能量预编码，即只有一个基站独立工作，即L＝1，并可利用类似注水定理求解法得到预编码组合系数α_lk；

方法三是按照集中式协作能量传输的方式进行能量预编码，且所有能量基站根据预编码组合系数表达式并需要满足的约束条件为：并利用类似注水定理求解方法，可以计算得到预编码组合系数αk。

其中，令本发明的分布式协作能量传输方式中在预编码计算中的最大拉格朗日乘子和最小拉格朗日乘子的差值为ε＝10^-4，初始的功率调整因则图5给出了在不同能量传输方案下，系统的平均用户能量收获效用。

图5显示出了上述三种方案以及本方案随着基站数量增加时得到的平均能量收获效用图，并从图5中可以看出：理论结果与仿真结果相符合，表明理论工作的正确性；非协作能量传输的性能高于等功率分配能量传输下的能量传输性能；协作能量传输明显高于非协作能量传输的性能；集中式协作能量传输高于分布式协作能量传输的性能；协作能量传输的能量收获效用随着基站的个数的增加而上升，但分布式协作能量传输方案的每个基站可进行独立的能量预编码计算，即每个基站的可依据实际的信道状态进行能量预编码，使得能量传输效率更高，且减少了现有的集中式协作能量传输系统中必须在集中控制器中进行能量预编码的信息交互数量和时延，即相对于集中式协作能量传输系统，本申请的分布式能量预编码的设计方案降低了复杂度，且获得了接近集中式协作能量传输系统的能量传输效率。

下面结合图6对本发明实施例提供的一种无线能量传输方案的迭代次数对应的收敛性能的坐标示意图进行说明。

如图6所示，图6示出了验证本申请的分布式算法(即各个基站之间相互协作，且各自进行能量预编码计算能量分配)的收敛性的坐标示意图，即在设置基站的个数为L＝3，调整因子为δ⁰＝1/K＝1/15时，图6中给出了平均用户能量收获效用随着迭代次数增加的效果。从图中可以看出，随着迭代次数的增加，分布式协作能量传输算法逐渐趋近于集中式协作能量传输的性能，表明了算法的收敛性，即表明了随着迭代次数的增加，本申请的无线能量传输方案在减少复杂度的情况下仍能获取较高的能量传输效率。

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、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、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，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上该仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种无线能量传输方法，其特征在于，应用于无线网络中的任一基站，所述无线网络包括多个基站，同一小区内的基站均能够获得位于该小区内的终端发送的能量请求信息，所述任一基站均设置有天线阵列，所述方法包括：

在基于所述天线阵列接收到该小区内的终端发送的能量请求后，获取所述终端发送的上行导频信息，并根据所述上行导频信息预估下行信道信息，其中，所述下行信道信息包括大尺度信道衰落信息；

基于所述大尺度信道衰落信息、参考发射功率值和所述天线阵列所包含的天线数，计算初始预编码组合系数，其中，当所述能量请求为所述基站所接收到的第一个能量请求时，所述参考发射功率值为：预设的初始发射功率信息，当所述能量请求为所述基站所接收到的非第一个能量请求时，所述参考发射功率值为：上一次能量请求处理过程中更新后的预编码组合系数所依据的发射功率的信息；

基于所述大尺度信道衰落信息、所述初始预编码组合系数和预设的预编码组合系数公式，计算初始拉格朗日乘子；

将所述初始格朗日乘子广播至其他基站，并接收其他基站发送的与所述其它基站一一对应的初始拉格朗日乘子，以构建拉格朗日乘子数组；

基于所述拉格朗日乘子数组和功率迭代公式，调整发射功率，以得到调整后的发射功率；

基于所述调整后的发射功率，计算更新发射功率后的预编码组合系数，并基于所述更新发射功率后的预编码组合系数计算对所要发送的能量的能量预编码，并将经过能量预编码后的能量发送至所述终端。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算初始预编码组合系数所利用的公式，包括：

$M\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}{\mathrm{\α}}_{lk}^2{\mathrm{\θ}}_{lk}=\frac{p_l}{p},$

其中，所述M为天线阵列所包含的天线数，所述α_lk为初始预编码组合系数，所述p_l为当前基站_l的参考发射功率值，所述p为所有基站的总发射功率，所述K为对当前基站l请求能量的终端总数，所述k为第k个请求能量的终端。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设的预编码组合系数公式为包括：

${\mathrm{\α}}_{lk}^2=\frac{1}{M}{\left(\underset{l=1}{\overset{L}{\Σ}}{\mathrm{\θ}}_{lk}\right)}^{-1}{\[\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_{l}K}-\frac{{\mathrm{\σ}}^2}{p}{\left(\underset{l=1}{\overset{L}{\Σ}}{\mathrm{\θ}}_{lk}\right)}^{-1}\]}^{+},$

其中，所述α_lk为初始预编码组合系数，所述M为天线阵列所包含的天线数，所述θ_lk为大尺度信道衰落信息，所述λ_l为初始拉格朗日乘子，所述σ为噪声参数，所述p为所有基站的总发射功率，所述L为基站的总数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算能量预编码所利用的公式，包括：

$w_l=\underset{k=1}{\overset{K}{\Σ}}{\mathrm{\α}}_{lk}^{\′}{g}_{lk}^{*},$

其中，所述w_l为能量预编码，所述α′_lk为更新发射功率后所对应的预编码组合系数，所述为上行信道衰落向量的共轭向量。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，基于所述拉格朗日乘子数组和功率迭代公式，调整发射功率，包括：

判断自身的初始拉格朗日乘子在所述拉格朗日数组中是否为最大拉格朗日乘子或最小拉格朗日乘子；

当判断自身的初始拉格朗日乘子为最大拉格朗日乘子时，利用增大功率迭代公式，计算第一发射功率值，并将所述参考发射功率信息调整至所述第一发射功率值；

当判断自身的初始拉格朗日乘子为最小拉格朗日乘子时，利用降低功率迭代公式，计算第一发射功率值，并将所述参考发射功率信息调整至所述第一发射功率值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述增大功率迭代公式为：

$p_{l_M^t}^t=p_{l_M^t}^{t-1}+{\mathrm{p\δ}}^{t-1},$

其中，所述为所述第一类迭代发射功率值，所述为上一次迭代所确定出的第一类迭代发射功率值，所述δ^t-1为上一次所确定出的功率调整因子，所述p为所有基站的总发射功率，所述M表示具有最大拉格朗日乘子，且t＝1时，所述为参考发射功率值，所述δ^t-1为预设的参考功率调整因子。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述降低功率迭代公式为：

$p_{l_m^t}^t=p_{l_m^t}^{t-1}-{\mathrm{p\δ}}^{t-1},$

其中，所述为所述第二类迭代发射功率值，所述为上一次迭代所确定出的第二类迭代发射功率值，所述δ^t-1为上一次所确定出的功率调整因子，所述p为所有基站的总发射功率，所述m表示具有最小拉格朗日乘子，且t＝1时，所述为参考发射功率值，所述δ^t-1为预设的参考功率调整因子。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述利用增大功率迭代公式，计算第一发射功率值，包括：

利用所述参考发射功率值、预设的参考功率调整因子和增大功率迭代公式，计算第一次迭代所对应的第一类迭代发射功率值；

将第一次迭代所对应的第一类迭代发射功率值作为当前的第一类迭代发射功率值，将所述预设的参考功率调整因子作为当前的功率调整因子；

利用当前的第一类迭代发射功率值，计算增大发射功率后的拉格朗日乘子，并将增大发射功率后的拉格朗日乘子广播至其他基站，并接收其他基站发送的相对应的更新发射功率后所计算得到的拉格朗日乘子，以构建新的拉格朗日乘子数组；

判断增大发生功率后的拉格朗日乘子是否为新的拉格朗日乘子组中的最小的拉格朗日乘子，如果是，基于当前的第一类迭代发射功率和当前的功率调整因子，确定第一发射功率值，否则，判断增大发生功率后的拉格朗日乘子是否为新的拉格朗日乘子组中的最大的拉格朗日乘子；

当判断结果为否时，将当前的第一类迭代发射功率作为第一发射功率值；

当判断结果为是时，利用当前的第一类迭代发射功率值，计算再次迭代所对应的第一类迭代发射功率值，并将再次迭代所对应的第一类迭代发射功率值重新作为当前的第一类迭代发射功率值，进而触发执行所述利用当前的第一类迭代发射功率值，计算增大发射功率后的拉格朗日乘子的步骤。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基于将当前的第一类迭代发射功率，确定第一发射功率值，包括：

将当前的功率调整因子减少为一半，形成新的功率调整因子；

利用当前的第一类迭代发射功率值和新的功率调整因子，计算再次迭代所对应的第一类迭代发射功率值，并将再次迭代所对应的第一类迭代发射功率值重新作为当前的第一类迭代发射功率值，并将该新的功率调整因子重新作为当前的功率调整因子，触发执行所述利用当前的第一类迭代发射功率值，计算增大发射功率后的拉格朗日乘子的步骤。

10.一种无线能量传输系统，其特征在于，所述系统包括：

获取单元、初始预编码组合系数计算单元、初始拉格朗日乘子计算单元、构建单元、调整单元和能量预编码单元；

所述获取单元，用于在基于所述天线阵列接收到该小区内的终端发送的能量请求后，获取所述终端发送的上行导频信息，并根据所述上行导频信息预估下行信道信息，其中，所述下行信道信息包括大尺度信道衰落信息；

所述初始预编码组合系数计算单元，用于基于所述大尺度信道衰落信息、参考发射功率值和所述天线阵列所包含的天线数，计算初始预编码组合系数，其中，当所述能量请求为所述基站所接收到的第一个能量请求时，所述参考发射功率值为：预设的初始发射功率信息，当所述能量请求为所述基站所接收到的非第一个能量请求时，所述参考发射功率值为：上一次能量请求处理过程中更新后的预编码组合系数所依据的发射功率的信息；

所述初始拉格朗日乘子计算单元，用于基于所述大尺度信道衰落信息、所述初始预编码组合系数和预设的预编码组合系数公式，计算初始拉格朗日乘子；

所述构建单元，用于将所述初始格朗日乘子广播至其他基站，并接收其他基站发送的与所述其它基站一一对应的初始拉格朗日乘子，以构建拉格朗日乘子数组；

所述调整单元，用于基于所述拉格朗日乘子数组和功率迭代公式，调整发射功率，以得到调整后的发射功率；

所述能量预编码单元，用于基于所述调整后的发射功率，计算更新发射功率后的预编码组合系数，并基于所述更新发射功率后的预编码组合系数计算对所要发送的能量的能量预编码，并将经过能量预编码后的能量发送至所述终端。