CN106101048B - 一种基于ofdm子载波分配的无线携能通信方法 - Google Patents
一种基于ofdm子载波分配的无线携能通信方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106101048B CN106101048B CN201610616062.4A CN201610616062A CN106101048B CN 106101048 B CN106101048 B CN 106101048B CN 201610616062 A CN201610616062 A CN 201610616062A CN 106101048 B CN106101048 B CN 106101048B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- receiving end
- energy
- subcarrier
- information
- carrying communication
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 10
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005562 fading Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000013468 resource allocation Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L27/00—Modulated-carrier systems
- H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
- H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
- H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L27/00—Modulated-carrier systems
- H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
- H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
- H04L27/2626—Arrangements specific to the transmitter only
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
一种基于OFDM子载波分配的无线携能通信方法，在该方法中，接收端根据信道状态使用一部分子载波接收信息，视野剩余部分子载波收集能量。接收端只需要知道哪些子载波用于信息接收，哪些子载波进行能量接收，即接收端只要知道用于信息接收和能量接收的子载波序号，接收端不需要增加分配器。本发明有效降低了接收端的设计复杂度。
Description
技术领域
本发明属于无线通信领域中的无线携能通信技术领域，尤其是一种携能通信方法。
背景技术
近年来，无线通信系统业务需求与日俱增，数据量呈指数式增长，人们除了面临无线频谱资源告急的局面，同时也面临着能量资源过度消耗的挑战。随着科技的飞速发展，跨学科、多平台的整合与集成逐渐成为技术创新的重要趋势和产业进步的源源动力，可持续科学发展迫切需要整合当前通信技术与能源技术的现有研究成果，在满足人们对高效可靠的信息交互需求的同时有效应对能源和频谱短缺的压力。无线携能通信技术通过接收周围环境中的射频信号，在提取信息的同时收集能量。实现高效可靠信息通信的同时充分利用宝贵的能量资源，不仅提高了能量的利用率，同时也为无线系统设计和无线资源分配引入革命性的变化。
现有的无线携能通信技术主要基于两种方法：功率分配方法和时间转换方法。在功率分配方法中，接收端利用一部分接收到的功率进行信息解码，利用剩余的功率进行能量接收。在时间转换方法中，接收端在一个时隙中利用全部接收到的功率进行信息解码、另一个时隙进行能量接收。这两种方法中，接收端需要增加一个功率分配器或者时间转换器来进行信息解码和能量接收，因此增加了接收端的设计复杂度。
发明内容
为了克服现有无线携能通信方法中接收端设计复杂度高的问题，本发明提供一种有效降低接收端设计复杂度的基于OFDM子载波分配的无线携能通信方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于OFDM子载波分配的无线携能通信方法，无线携能通信系统由一对发送端(Tx)和接收端(Rx)组成，发送端有K个子载波，所述基于OFDM子载波分配的无线携能通信方法包括以下步骤：
1)发送端发送信息给接收端，接收端利用一部分子载波接收信息；
2)计算接收端获得的信息速率R；
3)如果R≥RT，则接收端利用剩余部分的子载波收集能量；
接收端的子载波分配问题建模为：
满足以下条件
R≥RT (2)
其中RT表示接收端的目标信息速率，R和Q分别表示接收端接收到的信息速率和能量。
通过拉格朗日乘子法获得最优子载波分配：
其中，GI和GE分别表示用于接收信息和能量的子载波集合，N＝{1,2,3,...,K}，
其中，β表示拉格朗日乘子，ξ表示接收端的能量转换效率，hk表示发送端到接收端在第k个子载波上的信道增益，表示在第k个子载波上的信道噪声方差，pk表示在第k个子载波上分配的功率。
进一步，所述步骤2)中，接收端收到的信息速率R通过以下方法获得：
pk按照注水算法进行分配：
其中λ为拉格朗日乘子。
再进一步，所述步骤3)中，接收端收到的能量Q通过以下方法获得：
其中ξ表示接收端的能量转换效率。
本发明的技术构思为：现有的无线携能通信方法中接收端需要增加一个功率分配器或者时间转换器来进行信息解码和能量接收，因此增加了接收端的设计复杂度。本专利方法中接收端分别使用不同的子载波进行信息接收和能量收集，接收端不再需要增加分配器，能够有效降低接收端的设计复杂度。
本发明的有益效果主要表现在：接收端不需要增加分离器，降低了接收端的设计复杂度。
附图说明
图1是本发明方法的基于OFDM子载波分配的无线携能通信方法系统模型示意图，其中，Tx为发射端，Rx为接收端；
图2是本发明方法的子载波集合分配图和每个子载上波收集到的能量或者接收到的速率图，其中，(a)是收集的能量；(b)是接收的速率；
图3为本发明方法的不同目标速率下接收端收集到的能量随着发送端总功率的变化图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图3，一种基于OFDM子载波分配的无线携能通信方法，是基于现有的无线通信系统实现的，所述无线携能通信系统由一对发送端(Tx)和接收端(Rx)组成，发送端有K个子载波。
本实施方式的方法中，发送端发送信息给接收端，接收端根据信道状态利用一部分子载波接收信息。如果接收到收到的信息速率R大于目标速率，即R≥RT，则剩余的子载波用于收集能量。
本实施方式中接收端接收到的信息速率R和收集到的能量Q可以通过以下方法获得：
其中ξ表示接收端的能量转换率，GI和GE分别表示用于接收信息和能量的子载波集合，hk表示发送端到接收端在第k个子载波上的信道增益，表示在第k个子载波上的信道噪声方差，pk表示在第k个子载波上分配的功率，按照注水算法进行分配：
其中λ为拉格朗日乘子。
本实施方式中的子载波分配方法具体为：
接收端的子载波分配问题建模为：
满足以下条件
R≥RT (2)
其中RT表示用户的目标信息速率。
通过拉格朗日乘子法获得最优子载波分配：
其中N＝{1,2,3,...,K}，
其中β表示拉格朗日乘子，ξ表示接收端的能量转换效率。
本实施例的基于OFDM子载波分配的无线携能通信方法，能够有效降低接收端的设计复杂度。
本实施例的无线携能通信方法中，接收端使用GI中的子载波进行信息接收，使用GE中的子载波进行能量收集，接收端只需要知道哪些子载波用于信息接收，哪些子载波进行能量接收，即接收端只要知道用于信息接收和能量接收的子载波序号，所以不用在接收端增加分配器，能够有效降低接收端的设计复杂度。
在本实施方式中，我们使信道中心频率为1.9GHz，发送端和接收端距离为5米，因此视距传输占主要作用，信道可以建模为其中，表示视距传输部分， 表示瑞利衰落部分。M表示在g(k)中视距传输和瑞利衰落所占的比例，子载波k上的信道功率增益定义为h(k)＝|g(k)|2。我们使M＝3，噪声功率谱密度为-50dBm，子载波个数K为32。图2中显示了本发明中发送端总功率为0.5W，目标速率为5bps/Hz的子载波集合分配和每个子载波收集到的能量或者接收到的速率。图3显示了接收端接收到的能量随着目标速率的提高而减少。
Claims (3)
1.一种基于OFDM子载波分配的无线携能通信方法，无线携能通信系统由一对发送端Tx和接收端Rx组成，发送端有K个子载波，其特征在于：所述基于OFDM子载波分配的无线携能通信方法包括以下步骤：
1)发送端发送信息给接收端，接收端利用一部分子载波接收信息；
2)计算接收端获得的信息速率R；
3)如果R≥RT，则接收端利用剩余部分的子载波收集能量；
接收端的子载波分配问题建模为：
满足以下条件
R≥RT (2)
其中RT表示接收端的目标信息速率，R和Q分别表示接收端接收到的信息速率和能量；
通过拉格朗日乘子法获得最优子载波分配：
其中，GI和GE分别表示用于接收信息和能量的子载波集合，N＝{1,2,3,...,K}，
其中，β表示拉格朗日乘子，ξ表示接收端的能量转换效率，hk表示发送端到接收端在第k个子载波上的信道增益，表示在第k个子载波上的信道噪声方差，pk表示在第k个子载波上分配的功率。
2.如权利要求1所述的基于OFDM子载波分配的无线携能通信方法，其特征在于：所述步骤2)中，接收端接收到的信息速率R通过以下方法获得：
pk按照注水算法进行分配：
其中λ为拉格朗日乘子。
3.如权利要求1或2所述的基于OFDM子载波分配的无线携能通信方法，其特征在于：所述步骤3)中，接收端接收到的能量Q通过以下方法获得：
其中ξ表示接收端的能量转换效率。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610616062.4A CN106101048B (zh) | 2016-07-29 | 2016-07-29 | 一种基于ofdm子载波分配的无线携能通信方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610616062.4A CN106101048B (zh) | 2016-07-29 | 2016-07-29 | 一种基于ofdm子载波分配的无线携能通信方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106101048A CN106101048A (zh) | 2016-11-09 |
| CN106101048B true CN106101048B (zh) | 2019-01-08 |
Family
ID=57478435
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610616062.4A Active CN106101048B (zh) | 2016-07-29 | 2016-07-29 | 一种基于ofdm子载波分配的无线携能通信方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106101048B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107241180B (zh) * | 2017-06-14 | 2020-04-14 | 南京大学 | 一种支持信息与能量同传的高效资源分配方法 |
| CN107612604A (zh) * | 2017-08-01 | 2018-01-19 | 浙江工业大学 | 一种基于ofdm中继解码转发的无线携能通信方法 |
| CN109327896B (zh) * | 2018-11-12 | 2021-06-18 | 浙江工业大学 | 一种基于功率和子载波联合分配的多用户能效优化无线携能通信方法 |
| CN109257812A (zh) * | 2018-11-12 | 2019-01-22 | 浙江工业大学 | 一种基于功率和子载波联合分配的单用户能效优化无线携能通信方法 |
| CN110418360B (zh) * | 2019-07-22 | 2022-06-28 | 杭州电子科技大学 | 无线携能网络多用户子载波比特联合分配方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104601296A (zh) * | 2015-01-20 | 2015-05-06 | 上海交通大学 | 无线信息和能量传输中继网络中鲁棒性预编码方法 |
| CN105119644A (zh) * | 2015-09-14 | 2015-12-02 | 哈尔滨工业大学 | 基于swipt的单用户mimo系统空分模式切换方法 |
| CN105611633A (zh) * | 2015-10-23 | 2016-05-25 | 哈尔滨工业大学 | 基于swipt的波束赋形方法的接收机资源分配方法 |
-
2016
- 2016-07-29 CN CN201610616062.4A patent/CN106101048B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104601296A (zh) * | 2015-01-20 | 2015-05-06 | 上海交通大学 | 无线信息和能量传输中继网络中鲁棒性预编码方法 |
| CN105119644A (zh) * | 2015-09-14 | 2015-12-02 | 哈尔滨工业大学 | 基于swipt的单用户mimo系统空分模式切换方法 |
| CN105611633A (zh) * | 2015-10-23 | 2016-05-25 | 哈尔滨工业大学 | 基于swipt的波束赋形方法的接收机资源分配方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Opportunistic Spectrum Sharing Based on Full-Duplex Cooperative OFDM Relaying;Lu, Weidang 等;《IEEE Communications Letters ( Volume: 18, Issue: 2, February 2014 )》;20140109;第18卷(第2期);第241-244页 * |
| 大规模天线系统中无线携能通信发射机优化算法研究;陈宇俊;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20150815;第I136-14页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106101048A (zh) | 2016-11-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106101048B (zh) | 一种基于ofdm子载波分配的无线携能通信方法 | |
| CN107580370B (zh) | 一种基于ofdm放大转发协作的无线携能通信方法 | |
| CN106332256B (zh) | 一种非正交多址接入功率分配方法 | |
| CN107612604A (zh) | 一种基于ofdm中继解码转发的无线携能通信方法 | |
| CN104702396B (zh) | 基于效用的协作多中继认知系统的联合资源分配方法 | |
| CN110519848B (zh) | 一种认知中继无线传感器网络的联合资源分配方法 | |
| CN110278576B (zh) | 一种无线能量采集非正交多址接入系统资源分配方法 | |
| CN110602758B (zh) | 一种基于多时隙无线能量收集的认知携能中继通信方法 | |
| CN109819508B (zh) | 下行noma系统中的功率分配方法 | |
| CN109413748B (zh) | 一种基于正交频分复用解码转发双向协作的无线携能通信方法 | |
| CN103596120A (zh) | 宏蜂窝和小蜂窝异构网络中的d2d通信方法 | |
| CN109005592A (zh) | 单天线noma系统中功率分配方法 | |
| CN112887042A (zh) | 一种基于非正交多址接入的携能通信网络用户配对方法 | |
| CN110493811A (zh) | 基于射频隐身的雷达通信一体化系统稳健资源分配方法 | |
| CN107241180B (zh) | 一种支持信息与能量同传的高效资源分配方法 | |
| CN103024913B (zh) | 蜂窝通信系统终端直通自适应分组与资源分配方法 | |
| CN103476036B (zh) | 多信道认知无线电网络中协作通信功率分配方法 | |
| CN109286985B (zh) | 一种多载波信能同传系统的信号优化方法和系统 | |
| CN109361483B (zh) | 一种主用户最小速率需求下的认知无线供能网络资源分配方法 | |
| CN102395140A (zh) | 一种基于认知传感器网络的节能频谱检测方法 | |
| CN109547132B (zh) | 一种基于正交频分复用放大转发双向协作的无线携能通信方法 | |
| CN104660355B (zh) | 一种基于无线能量的认知网络分簇协作频谱感知方法 | |
| CN103248442A (zh) | 一种时间同步情况下的ofdm信号频谱感知方法 | |
| CN110493875B (zh) | 下行noma系统中最大化能量效率的功率分配方法 | |
| CN102932311B (zh) | 基于四项加权分数傅里叶变换的带宽压缩方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |