CN106455034A

CN106455034A - 一种用于蜂窝中继系统的信息和能量同时传输的方法

Info

Publication number: CN106455034A
Application number: CN201610918072.3A
Authority: CN
Inventors: 方朝曦; 邵鹏飞; 李君�
Original assignee: Zhejiang Wanli College
Current assignee: Zhejiang Wanli University; Zhejiang Wanli College
Priority date: 2016-10-21
Filing date: 2016-10-21
Publication date: 2017-02-22

Abstract

本发明涉及一种用于蜂窝中继系统的信息和能量同时传输的方法，蜂窝中继系统中包括基站BS、中继站RS和K个移动终端MS₁,MS₂,…,MS_K，所述方法分为两个时隙进行，通过利用射频电磁波既能作为信息传输的载体，又可以同时传输能量，而且射频电磁波传输能量具有稳定可控的优点，可以为蜂窝中继系统中的移动终端提供额外的能量供应、并有效的降低移动终端功率消耗，从而提高信号的传输速率，并且使信号传输的误码率降低。

Description

一种用于蜂窝中继系统的信息和能量同时传输的方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其是涉及一种用于蜂窝中继系统的信息和能量同时传输的方法。

背景技术

在蜂窝移动通信系统中,当基站和移动终端距离较远时，由于传播路径损耗较大,移动终端发射功率会大幅增加,并且传输误码率也会显著增加,从而导致较低的数据传输速率。现有技术中，通常采用在基站和移动终端中间部署中继站进行信号的转发,来相对降低移动终端功率消耗，降低误码率，但实际上，仅仅采用在通信系统中部署基站这种方式，仍然无法有效的降低移动终端的功率和误码率，并且还加大了建设通信系统的工程量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够为移动终端提供额外的能量供应、从而有效的降低移动终端功率消耗和传输误码率的用于蜂窝中继系统的信息和能量同时传输的方法。

本发明所采用的技术方案是，一种用于蜂窝中继系统的信息和能量同时传输的方法，蜂窝中继系统中包括基站BS、中继站RS和K个移动终端MS₁,MS₂,...,MS_K，所述基站BS部署有N_B根天线，所述中继站RS部署有N_R根天线，每个移动终端分别部署一根天线，所述方法分为两个时隙进行，包括下列步骤：

第一个时隙，基站BS和K个移动终端MS₁,MS₂,...,MS_K同时发送信号给中继站RS，所述中继站将接收到来自基站和所有移动终端的叠加信号；

第二个时隙，中继站对接收到的叠加信号通过线性编码后广播给基站BS和K个移动终端MS₁,MS₂,...,MS_K，基站BS和K个移动终端MS₁,MS₂,...,MS_K接收到广播信号；

第二个时隙结束时，基站BS根据接收到的广播信号来估计K个移动终端MS₁,MS₂,...,MS_K的发送信号，而每个移动终端则通过功分器将自身接收到的广播信号一分为二，其中一部分用于能量采集，另一部分用于估计基站发送信号，基站BS估计K个移动终端MS₁,MS₂,...,MS_K的发送信号的方式为：基站BS首先从接收的广播信号中减去自干扰，然后利用迫零均衡矩阵来进行线性检测。

所述第一个时隙，根据移动终端的个数K将所述基站BS的发送信号分为K个数据流，设基站需要发送给中继站的数据符号为s_B,k，k＝1,2,...,K，定义s_B＝[s_B,1,.......,s_B,k]^T为K×1的数据符号向量，则基站在第一个时隙的发送信号为：x_B＝F_Bs_B,其中F_B为基站的发射预编码矩阵，所述预编码矩阵为：其中H_BR表示从基站到中继站的信道矩阵，H_MR为从K个移动终端到中继站的信道矩阵，(·)⁺表示求伪逆，a_B为功率放大系数，即其中l_B表示从基站到中继站的路径传播损耗，l_M表示从移动终端到中继站的路径传播损耗，P_B表示基站发射功率，N_B表示基站部署的天线数目，N_R表示中继站的天线数目。

所述第一个时隙，第k个移动终端MS_K在第一个时隙的发送信号为其中P_M表示移动终端发送功率，s_M,k表示单位能量的数据符号。

所述第一个时隙，中继站接收到的叠加信号为：y_R＝H_BRx_B+H_MRx_M+z_R,其中x_M＝[x_M,1,x_M,2,....,x_M,K]^T表示K个移动终端的发送信号向量，H_BR表示从基站到中继站的信道矩阵，H_MR表示从K个移动终端到中继站的信道矩阵，x_B表示基站在第一个时隙发送给中继站的信号,z_R表示中继站的高斯白噪声。

所述第二个时隙，中继站将接收到的叠加信号通过线性编码直接广播给基站和移动终端的信号为：x_R＝W_Ry_R,其中y_R表示中继站接收到的叠加信号，W_R为中继站的线性编码矩阵，即：其中H_RM表示从中继站到K个移动终端的信道矩阵,H_MR为从K个移动终端到中继站的信道矩阵，a_R是中继站的功率放大系数，值为：其中P_R表示中继站的发射功率，N_R表示中继站的天线数目，l_M表示从移动终端到中继站的路径传播损耗，P_M表示移动终端发送功率。

所述第二个时隙，基站接收到的广播信号为y_B＝H_RBx_R+z_B，其中H_RB表示从中继站到基站的信道矩阵，x_R表示中继站广播给基站BS和K个移动终端MS₁,MS₂,...,MS_K的信号，z_B表示基站的高斯白噪声。

所述第二个时隙，第k个移动终端接收到的广播信号为：其中表示从中继站到第k个移动终端的信道向量，z_M,k,1表示高斯白噪声。

所述第二个时隙结束时，所述基站采用迫零均衡矩阵为W_B ^H，其表述为：其中H_RB表示从中继站到基站的信道矩阵，H_RM表示从中继站到移动终端的信道矩阵,则基站BS估计K个移动终端MS₁,MS₂,...,MS_K的发送信号的信号处理过程为：

所述第二个时隙结束时，每个移动终端则通过功分器将自身接收到的广播信号一分为二，其中一部分用于能量采集，另一部分用于估计基站发送信号，设第k个移动终端的功分器系数为ρ_M,k，即用于能量采集，用于信号检测，因此，第k个移动终端在第二个时隙采集到的能量为另一部分信号则直接用来估计基站的发送信号s_B,k。

本发明的有益效果是：利用射频电磁波既能作为信息传输的载体，又可以同时传输能量，而且射频电磁波传输能量具有稳定可控的优点，可以为蜂窝中继系统中的移动终端提供额外的能量供应、并有效的降低移动终端功率消耗，从而提高信号的传输速率，并且使信号传输的误码率降低。

附图说明

图1为本发明一种用于蜂窝中继系统的信息和能量同时传输的方法的示意图。

图2为本发明中移动终端能量采集与信号检测的示意图。

具体实施方式

以下参照附图并结合具体实施方式来进一步描述发明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施，本发明保护范围并不受限于该具体实施方式。

本发明涉及一种用于蜂窝中继系统的信息和能量同时传输的方法，蜂窝中继系统中包括基站BS、中继站RS和K个移动终端MS₁,MS₂,...,MS_K，所述基站BS部署有N_B根天线，所述中继站RS部署有N_R根天线，每个移动终端分别部署一根天线，所述方法分为两个时隙进行，包括下列步骤：

所述第一个时隙，根据移动终端的个数K将所述基站BS的发送信号分为K个数据流，设基站需要发送给中继站的数据符号为s_B,k，k＝1,2,...,K，定义s_B＝[s_B,1,.......,s_B,k]^T为K×1的数据符号向量，则基站在第一个时隙的发送信号为：x_B＝F_Bs_B,其中F_B为基站的发射预编码矩阵，所述预编码矩阵为：其中H_BR表示从基站到中继站的信道矩阵，H_MR表示从K个移动终端到中继站的信道矩阵，(·)⁺表示求伪逆，a_B为功率放大系数，即其中l_B表示从基站到中继站的路径传播损耗，l_M表示从移动终端到中继站的路径传播损耗，P_B表示基站发射功率，N_B表示基站部署的天线数目，N_R表示中继站的天线数目。

所述第二个时隙结束时，所述基站采用的迫零均衡矩阵为W_B ^H，其表述为：其中H_RB表示从中继站到基站的信道矩阵，H_RM表示从中继站到移动终端的信道矩阵,则基站BS估计K个移动终端MS₁,MS₂,...,MS_K的发送信号的信号处理过程为：

Claims

1.一种用于蜂窝中继系统的信息和能量同时传输的方法，其特征在于：蜂窝中继系统中包括基站BS、中继站RS和K个移动终端MS₁,MS₂,...,MS_K，所述基站BS部署有N_B根天线，所述中继站RS部署有N_R根天线，每个移动终端分别部署一根天线，所述方法分为两个时隙进行，包括下列步骤：

(1)第一个时隙，基站BS和K个移动终端MS₁,MS₂,...,MS_K同时发送信号给中继站RS，所述中继站接收来自基站和所有移动终端的叠加信号；

(2)第二个时隙，中继站对接收到的叠加信号通过线性编码后广播给基站BS和K个移动终端MS₁,MS₂,...,MS_K，基站BS和K个移动终端MS₁,MS₂,...,MS_K接收到广播信号；

(3)第二个时隙结束时，基站BS根据所接收到的广播信号来估计K个移动终端MS₁,MS₂,...,MS_K的发送信号，而每个移动终端则通过功分器将自身接收到的广播信号一分为二，其中一部分用于能量采集，另一部分用于估计基站所发送的信号，所述基站BS估计K个移动终端MS₁,MS₂,...,MS_K的发送信号的方式为：基站BS首先从接收的广播信号中减去自干扰，然后利用迫零均衡矩阵来进行线性检测。

2.根据权利要求1所述的一种用于蜂窝中继系统的信息和能量同时传输的方法，其特征在于：第一个时隙，根据移动终端的个数K将所述基站BS的发送信号分为K个数据流，设基站需要发送给中继站的数据符号为s_B,k，k＝1,2,...,K，定义s_B＝[s_B,1,.......,s_B,K]^T为K×1的数据符号向量，则基站在第一个时隙的发送信号为：x_B＝F_Bs_B,其中F_B为基站的发射预编码矩阵，所述预编码矩阵为：其中H_BR表示从基站到中继站的信道矩阵，H_MR表示从K个移动终端到中继站的信道矩阵，(·)⁺表示求伪逆，a_B为功率放大系数，即其中l_B表示从基站到中继站的路径传播损耗，l_M表示从移动终端到中继站的路径传播损耗，P_B表示基站发射功率，N_B表示基站部署的天线数目，N_R表示中继站的天线数目。

3.根据权利要求1所述的一种用于蜂窝中继系统的信息和能量同时传输的方法，其特征在于：第一个时隙，第k个移动终端MS_K的发送信号为其中P_M表示移动终端发送功率，s_M,k表示单位能量的数据符号。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种用于蜂窝中继系统的信息和能量同时传输的方法其特征在于：第一个时隙，中继站接收到的叠加信号为：y_R＝H_BRx_B+H_MRx_M+z_R,其中x_M＝[x_M,1,x_M,2,....,x_M,K]^T表示K个移动终端的发送信号向量，H_BR表示从基站到中继站的信道矩阵，H_MR表示从K个移动终端到中继站的信道矩阵，x_B表示基站在第一个时隙发送给中继站的信号,z_R表示中继站的高斯白噪声。

5.根据权利要求4所述的一种用于蜂窝中继系统的信息和能量同时传输的方法，其特征在于：第二个时隙，中继站将接收到的叠加信号通过线性编码直接广播给基站和移动终端的信号为：x_R＝W_Ry_R,其中y_R表示中继站接收到的叠加信号，W_R表示中继站的线性编码矩阵，即：其中H_RM表示从中继站到K个移动终端的信道矩阵,H_MR表示从K个移动终端到中继站的信道矩阵，a_R是中继站的功率放大系数，值为：其中P_R表示中继站的发射功率，N_R表示中继站的天线数目，l_M表示从移动终端到中继站的路径传播损耗，P_M表示移动终端发送功率。

6.根据权利要求1或5所述的一种用于蜂窝中继系统的信息和能量同时传输的方法，其特征在于：第二个时隙，基站接收到的广播信号为y_B＝H_RBx_R+z_B，其中H_RB表示从中继站到基站的信道矩阵，x_R表示中继站广播给基站BS和K个移动终端MS₁,MS₂,...,MS_K的信号，z_B表示基站的高斯白噪声。

7.根据权利要求1或5所述的一种用于蜂窝中继系统的信息和能量同时传输的方法，其特征在于：第二个时隙，第k个移动终端接收到的广播信号为：其中表示从中继站到第k个移动终端的信道向量，z_M,k,1表示高斯白噪声。

8.根据权利要求1所述的一种用于蜂窝中继系统的信息和能量同时传输的方法，其特征在于：在第二个时隙结束时，所述基站采用的迫零均衡矩阵为其表述为：其中H_RB表示从中继站到基站的信道矩阵，H_RM表示从中继站到移动终端的信道矩阵,则基站BS估计K个移动终端MS₁,MS₂,...,MS_K的发送信号的信号处理过程为：

\begin{matrix} {\tilde{y}}_{B} = W_{B}^{H} (y_{B} - a_{R} a_{B} H_{R B} W_{R} H_{B R} x_{B}) \\ = a_{R} \sqrt{P_{M}} s_{M} + W_{B}^{H} (W_{R} z_{R} + z_{B}) \end{matrix} .

9.根据权利要求7所述的一种用于蜂窝中继系统的信息和能量同时传输的方法，其特征在于：在第二个时隙结束时，设第k个移动终端的功分器系数为ρ_M,k，即用于能量采集，用于信号检测，因此，第k个移动终端在第二个时隙采集到的能量为另一部分信号则直接用来估计基站的发送信号s_B,k。