CN106788859A - 一种能量收集的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种能量收集的方法，涉及通信技术领域，能够解决信号传输中恶意干扰能量浪费的问题。该方法包括：当选中用户的接收端期望信号信干燥比不小于信干燥比门限，选中用户收集到的信号功率不小于收集功率门限时，最小化各个选中用户的期望信号发射功率和，以计算得到功率分割系数；根据所述计算得到的功率分割系数，对选中用户接收到的总信号进行能量分割，以把选中用户接收到的总信号分割成第一部分信号和第二部分信号；收集所述第二部分信号的能量。本发明实施例提供的技术方案适用于干扰对齐网络系统的信号传输过程中。

Description

一种能量收集的方法及装置

【技术领域】

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种能量收集的方法及装置。

【背景技术】

随着社会发展，无线通信网络中信息的安全传输变得越来越重要。在无线通信网络的物理层，一种重要的安全隐患便是恶意干扰。现在，一般利用干扰对齐技术将无线通信网络中的恶意干扰进行去除，以使用户的信息传输不被恶意干扰影响，保证网络内合法信息的正常传输。

在处于恶意干扰环境的无线干扰对齐网络系统中，为了破坏合法用户的信息传输，恶意干扰的发射功率通常很高。在这种情况下，如果仅通过干扰对齐技术对恶意干扰进行去除，的确能保证用户信息的正常传输，但将会大大造成能量的浪费，能量的消耗激增对环境造成了不可估量的破坏，偏离了绿色通信理念。

【发明内容】

有鉴于此，本发明实施例提供了一种能量收集的方法及装置，对干扰对齐网络系统中接收端的信号进行分割，并进行能量收集以为接收端供电，减少恶意干扰的能量浪费，符合绿色通信理念。

一方面，本发明实施例提供一种能量收集的方法，适用于存在恶意干扰的干扰对齐网络系统，所述方法包括：

当选中用户的接收端期望信号信干燥比不小于信干燥比门限，选中用户收集到的信号功率不小于收集功率门限时，最小化各个选中用户的期望信号发射功率和，以计算得到功率分割系数；

根据所述计算得到的功率分割系数，对选中用户接收到的总信号进行能量分割，以把选中用户接收到的总信号分割成第一部分信号和第二部分信号；

收集所述第二部分信号的能量；

其中，所述功率分割系数为大于0小于1的正数；

其中，所述第一部分信号能量为选中用户接收的总信号能量与所述功率分割系数的乘积；

其中，所述第二部分信号能量为选中用户接收的总信号能量与所述第一部分信号能量的差值。

另一方面，本发明实施例提供一种能量收集的装置，适用于存在恶意干扰的干扰对齐网络系统，所述装置包括：

计算单元，用于当选中用户的接收端期望信号信干燥比不小于信干燥比门限，选中用户收集到的信号功率不小于收集功率门限时，最小化各个选中用户的期望信号发射功率和，以计算得到功率分割系数；

分割单元，用于根据所述计算得到的功率分割系数，对选中用户接收到的总信号进行能量分割，以把选中用户接收到的总信号分割成第一部分信号和第二部分信号；

第一收集单元，用于收集所述第二部分信号的能量；

其中，所述功率分割系数为大于0小于1的正数；

其中，所述第一部分信号能量为选中用户接收的总信号能量与所述功率分割系数的乘积；

其中，所述第二部分信号能量为选中用户接收的总信号能量与所述第一部分信号能量的差值。

本发明实施例提供了一种能量收集的方法及装置，对干扰对齐网络系统内选中用户接收端的总信号进行分割，使其中一部分信号进入信息解调器，通过干扰对齐技术消除恶意干扰和其它干扰信号，以使用户获取数据信号，保证合法网络的正常传输。对另一部分信号进行能量收集，以为网络的选中用户接收端进行供电。同时对未选中用户进行信号能量收集，以为未选中用户的接收端进行供电。本发明实施例减少了恶意干扰以及其它干扰信号的能量浪费，符合绿色通信理念。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种能量收集的方法流程图；

图2是本发明实施例提供的另一种能量收集的方法流程图；

图3是本发明实施例提供的另一种能量收集的方法流程图；

图4是本发明实施例提供的一种系统模型图；

图5是本发明实施例提供的另一种能量收集的方法流程图；

图6是本发明实施例提供的一种能量收集方法的实现原理图；

图7是本发明实施例提供的另一种能量收集的方法流程图；

图8是本发明实施例提供的另一种能量收集的方法流程图；

图9是本发明实施例提供的另一种能量收集的方法流程图；

图10是本发明实施例提供的一种试验对比图；

图11是本发明实施例提供的另一种试验对比图；

图12是本发明实施例提供的另一种试验对比图；

图13是本发明实施例提供的另一种试验对比图；

图14是本发明实施例提供的一种能量收集装置的组成框图；

图15是本发明实施例提供的另一种能量收集装置的组成框图；

图16是本发明实施例提供的另一种能量收集装置的组成框图；

图17是本发明实施例提供的一种能量收集装置的组成框图；

图18是本发明实施例提供的一种能量收集装置的组成框图；

图19是本发明实施例提供的一种能量收集装置的组成框图；

图20是本发明实施例提供的一种能量收集装置的组成框图。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本发明实施例提供了一种能量收集的方法，适用于存在恶意干扰的干扰对齐网络系统，应用于信号传输过程中。

其中，所述干扰对齐网络系统指的是一种使用有效干扰管理机制，通过预编码技术使干扰噪声在接收端重叠在一起，以彻底消除干扰噪声对期望信号影响的网络系统，本发明实施例中所述干扰对齐网络系统是包含多个用户的微蜂窝网络系统，每个用户对应一个发射端和一个接收端。

其中，所述发射端指的是指小基站，即公用移动通信基站，在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的微型无线电收发信电台。

所述接收端指的是用户终端，包括手机、电脑、PC等可以与基站进行交互的个人电子设备。

如图1所示，所述方法包括：

101、当选中用户的接收端期望信号信干燥比不小于信干燥比门限，选中用户收集到的信号功率不小于收集功率门限时，最小化各个选中用户的期望信号发射功率和，以计算得到功率分割系数。

所述步骤101是在期望信号传输质量和能量收集程度双重优化的限制下，最小化各个选中用户的期望信号发射功率和以降低选中用户的发射端能量消耗，通过此方法计算出每个用户的功率分割系数以对每个用户接收到的总信号进行能量分割。

其中，所述选中用户接收的总信号包括期望信号、恶意干扰、用户间干扰和信道噪声。

其中，所述期望信号指的是携带用户数据信息的有用信号；所述恶意干扰指的是对期望信号的传输造成恶意影响的干扰信号；所述用户间干扰由所述干扰对齐网络系统中用户传输期望信号时的相互间干扰而产生的干扰信号；信道噪声由通信传输通道内部产生的噪声干扰；恶意干扰、用户间干扰和信道噪声都属于干扰噪声，会影响用户的期望信号传输质量。

其中，信干燥比指的是信号与干扰噪声的强度的比值；所述期望信号信干燥比指的是选中用户接收到的有用信号的强度与接收到的干扰噪声信号的强度的比值；所述期望信号信干燥比门限指的是期望信号信干燥比的阈值，是一个指定值；当用户接收端的期望信号信干燥比不小于信干燥比门限时，用户才能从接收到的包含期望信号、恶意干扰、用户间干扰和信道噪声总信号中有效解析出期望信号，以完成用户数据信息的正常传输，保证用户的期望信号传输质量。

其中，所述信号功率指的是信号能量的一种表现形式，信号功率与时间的乘积即是信号能量，即信号功率是对信号能量的一种测度，表示单位时间内吸收或放出的能量，信号功率越大，单位时间内收集到的信号能量就越多；所述收集功率门限指的是收集到信号功率的阈值，是一个指定值；当选中用户收集到的信号功率不小于收集功率门限时，才能保证选中用户的信号能量收集程度。

其中，所述功率分割系数指的是对用户接收到的总信号进行能量分割的一个系数，基于信号功率与时间的乘积即是信号能量，功率分割系数与能量分割系数可以认为数值上一致，所述功率分割系数为大于0小于1的正数。

102、根据所述计算得到的功率分割系数，对选中用户接收到的总信号进行能量分割，以把选中用户接收到的总信号分割成第一部分信号和第二部分信号。

其中，步骤102中根据所述功率分割系数对选中用户接收到的总信号进行能量分割，是基于振幅分割法，通过信号分割器把所述选中用户接收到的总信号分割成两部分。以把其中一部分信号送入信息解调器，使选中用户获取期望信号，另一部分送入能量收集器，使选中用户收集到信号能量。

其中，所述第一部分信号能量为选中用户接收的总信号能量与所述功率分割系数的乘积。

其中，所述第二部分信号能量为选中用户接收的总信号能量与所述第一部分信号能量的差值。

其中，所述第一部分信号、第二部分信号只是一个习惯性命名，本发明实施例并不限于这种命名方式。

103、收集所述第二部分信号的能量。

其中，步骤103中，通过选中用户接收端的能量收集器收集所述第二部分信号的能量，以为选中用户接收端进行供电。

本发明实施例提供了一种能量收集的方法，对干扰对齐网络系统内选中用户接收端的总信号进行分割，使其中一部分信号进入信息解调器，通过干扰对齐技术消除恶意干扰和其它干扰信号，以使用户获取数据信号，保证合法网络的正常传输。对另一部分信号进行能量收集，以为网络的选中用户接收端进行供电。同时对未选中用户进行信号能量收集，以为未选中用户的接收端进行供电。本发明实施例减少了恶意干扰以及其它干扰信号的能量浪费，符合绿色通信理念。

进一步来说，结合前述方法流程，为了保证所述干扰对齐网络系统中选中用户数据信息的正常传输，本发明实施例的另一种可能的实现方式还提供了以下具体流程，执行在步骤102之后，如图2所示，包括以下具体步骤：

104、将所述第一部分信号进行干扰对齐，以获取期望信号。

其中，选中用户接收的总信号包括期望信号、恶意干扰、用户间干扰和信道噪声，基于干扰对齐技术对所述第一部分信号中的恶意干扰和用户间干扰进行理想消除，以使用户获取期望信号，完成数据信息的正常传输。

进一步来说，结合上述方法流程，为了更清晰的解释所述功率分割系数的计算方法，针对步骤101的实现，本发明实施例的另一种可能的实现方式还提供了以下具体计算步骤，包括：

基于方程组(1)，最小化各个选中用户的期望信号发射功率和，

在方程组(1)中，是最小化各个选中用户数据信号的发射功率和的表达式。

s.t.是前提条件，指第s个选中用户的接收端期望信号信干燥比不小于信干燥比门限，是保证期望信号传输质量的条件。

第s个选中用户收集到的信号功率不小于功率收集门限，是保证能量收集程度的条件。

0＜ρ^[s]＜1表示第s个选中用户功率分割系数的取值范围。

其中，S是选中用户的集合。

其中，v^[s]和u^[s]分别为第s个选中用户的预编码向量和解码向量，H^[si]为选中用户中第i个发射端至第s个接收端之间的信道系数矩阵，ρ^[s]为第s个选中用户的接收端处的功率分割系数，P^[s]为第s个选中用户期望信号的发射功率，γ^[s]为第s个选中用户的信干燥比门限，和分别为第s个用户信道噪声功率和功率分割后信息解调处引入的功率，ζ为能量收集的效率，P_o为恶意干扰的发射功率，为恶意干扰发射端到第s个选中用户接收端的信道系数矩阵，e^[s]为第s个选中用户的收集功率门限。

在方程组(1)中，ρ^[s]和P^[s]为纠缠在一起，其优化问题是非凸的，求解起来比较困难。为了方便求解，将方程组(1)进行转换，表示为

由于转换后，和关于ρ^[s]都是凸方程，所以方程组(1)的求解变为凸的，可以通过内点法等优化方法对其进行求解，方便有效。

其中，所述内点法(Interior Point Method)是一种求解线性规划或非线性凸优化问题的算法。

进一步来说，结合前述方法流程，为了更好的提升用户体验，本发明实施例的另一种可能的实现方式还根据所述干扰对齐网络系统中用户的数据信息传输需求和能量收集需求的不同对用户进行选择区分，以根据用户需求对其接收到总信号进行处理，执行在步骤101之前，如图3所示，包括以下具体步骤：

105、根据所述干扰对齐网络系统中各个用户的数据信息传输需求和能量收集需求对用户进行选择，以确定选中用户。

其中，所有选中用户组成机会干扰对齐网络。

其中，所述数据信息传输需求可以通过判断用户的信息传输速率大小来确定。举例来说，当用户观看网络视频和下载歌曲时，其信息传输速率大，随之其数据传输需求就高。

所述能量收集需求可以通过判断用户的接收端电量来确定。举例来说，当用户接收端电量低于5％时，判定用户的能量收集需求大。

步骤105中，当用户数据信息传输需求大于指定值，且能量收集需求满足指定条件时，选中用户进入机会干扰对齐网络。

如图4所示，给出了本发明实施例的系统模型图。

进一步来说，结合前述方法流程，本发明实施例的另一种可能的实现方式还提供了以下具体流程，执行在步骤105之后，如图5所示，包括以下具体步骤：

106、对未选中用户，进行信号能量收集。

所述未选中用户不进入机会干扰对齐网络，一般情况下数据信息传输需求极小，例如处于待机状态，且能量收集需求较大。本发明实施例中对于未选中用户只进行能量收集。

如图6所示，给出了本发明实施例中用户选择后进行能量收集的原理图。

进一步来说，结合前述方法流程，为了能够使所述干扰对齐网络系统中数据信息传输质量和能量收集程度的双重性能达到最优状态，针对步骤105的实现，本发明实施例的另一种可能的实现方式还提供了以下具体计算步骤，如图7所示，包括：

1051、在所有可能的选中用户的集合中，通过最大化权重后的选中用户的信息传输速率和未选中用户的收集功率和，计算得到用户选择的最优结果。

其中，信息传输速率与数据信息传输质量成正比例关系，信息传输速率越高，数据信息传输质量越好。

进一步来说，结合前述方法流程，为了更清晰的解释如何计算得到用户选择的最优结果，针对步骤1051的实现，本发明实施例的另一种可能的实现方式还提供了以下具体计算步骤，包括：

基于目标方程(2)，最大化选中用户的信息传输速率和未选中用户的收集功率和，

其中，i、j均为不大于K的自然数，K为所述干扰对齐网络系统内用户数量。在所述干扰对齐网络系统内所有用户中，S为选中用户的集合，剩余为未选中用户。

其中，G^*为选中用户的最优解，为所有可能的选中用户的集合，G_l为的子集。

其中，α^[i]为第i个用户如果选中的数据信息传输需求权重系数，1-α^[j]为第j个用户如果未选中的能量收集需求权重系数，R^[i]为第i个用户如果选中的信息传输速率，为第j个用户如果未选中的收集功率，β是一个用来平衡信息传输速率和收集功率的常数(即，将功率的单位转化为速率的单位)。

其中，权重系数表示某一指标项在指标项系统中的重要程度，它表示在其它指标项不变的情况下，这一指标项的变化对结果的影响。

其中，∑_i∈Sα^[i]R^[i]表示选中用户加权的传输速率和，表示未选中用户加权的收集功率和。

基于对目标方程(2)的计算，得出选中用户的最优解，即用户选择的最优结果。

进一步来说，结合前述方法流程，本发明实施例的另一种可能的实现方式还提供了以下具体流程，执行在步骤103之后，如图8所示，包括以下具体步骤：

107、将所述收集到的能量用于对所述干扰对齐网络系统中选中用户的接收端进行供电。

进一步来说，结合前述方法流程，本发明实施例的另一种可能的实现方式还提供了以下具体流程，执行在步骤106之后，如图9所示，包括以下具体步骤：

108、将所述收集到的能量用于对所述干扰对齐网络系统中未选中用户的接收端进行供电。

为了更好的理解本技术方案的有益效果，本发明实施例还结合附图和实验结果给出了以下具体实施方式：

在干扰对齐网络系统中，用户的发射端天线数为3，接收端天线数为2，网络外部恶意干扰发射端天线为1，每个用户的信息数据流为2，信道噪声为-50dBm(分贝毫，纯计数单位)，信号分割器引入噪声为-70dBm，能量收集效率ζ为0.5，选中用户数量为3，平衡信息传输速率和收集功率的常数β为1。

实施方式一

本实施方式不考虑用户选择，基于3个用户的干扰对齐网络系统，在网络外部存在恶意干扰的情况下，采用本发明实施例提供的信号能量分割方法，在满足信息传输需求和能量收集需求的条件下，最小化各个用户期望信号发射功率，和不采用本发明实施例提供的信号能量分割方法，进行信息传输的对比试验。分别在信干燥比门限和功率收集门限与恶意干扰发射功率不同时，对两种方式下所有用户期望信号的总发射功率的大小进行了比较。

如图10和图11所示，优化分割表示采用本发明实施例提供的信号能量分割方法，未优化表示不采用本发明实施例提供的方法，能量分割系数ρ直接取值0.5。从实验结果可知，当采用本发明实施例提供的信号能量分割方法时，网络的整体性能比未优化时明显提升。另外，当恶意干扰的发射功率提高时，用户期望信号总发射功率降低，这是由于更多的来自恶意干扰发射端的功率可以用来为用户接收端进行供电。从图10中可以看出，当信干噪比门限从10dB提升至30dB时，需要更大的期望信号发射功率来保证信息传输的性能。从图11中也可以看出，当收集功率门限从-10dBmW提升至0dBmW时，同样也需要更大的期望信号总发射功率来保证能量收集的性能。

实施方式二

本实施方式考虑用户选择，所述干扰对齐网络系统总共有6个用户，选择其中3个用户组成机会干扰对齐网络。在网络外部存在恶意干扰的情况下，采用本发明实施例提供的用户选择方法和采用随机用户选择方法，进行信息传输的对比试验。在信息传输需求权重系数α取值不同的情况下，对两种方式下总信息传输速率和总收集功率的大小进行了比较。

其中，信噪比门限和功率收集门限分别设置为30dB和0dBmW，恶意干扰发射功率为10mW。

如图12所示，从实验结果可知，采用本发明实施例提供的用户选择方法，网络性能远优于随机用户选择的情况。另外，随着信息传输需求权重系数α的增大，总信息传输速率有所提升，但总收集功率的大小有所下降，这与目标方程(2)相一致。

实施例三

本实施方式考虑用户选择，在网络外部存在恶意干扰的情况下，采用本发明实施例提供的用户选择方法和采用随机用户选择方法，进行信息传输的对比试验。在所述干扰对齐网络系统用户数量K取值不同的情况下，对两种方式下总信息传输速率和总收集功率的大小进行了比较。

其中，信噪比门限和功率收集门限分别设置为30dB和0dBmW，恶意干扰发射功率为10mW，信息传输需求权重系数α＝1。

在图13所示，从实验结果可知，采用本发明实施例提供的用户选择方法和采用随机用户选择方法的情况下，总收集功率大小均随着K的增加而增加，这是因为K越大，选中用户数量就越大，故而能量收集程度就越高。另外，两种方法的能量收集性能相同，这是因为实验中设置α＝1，用户选择只考虑信息传输速率性能，而不考虑能量收集性能。对于总信息传输速率来说，随着K的增加，本发明实施例提供的用户选择方法要远高于随机选择的情况，这是由于用户选择带来了多用户分集增益。而对于用户随机选择的情况，总信息传输速率不会随着用户数K的增加而提升，这是由于此时并没有产生多用户分集增益。

上述三个实施方式及附图中mW指的是毫瓦，dBmW指的是分贝毫瓦，均指功率单位；dB指的是分贝，是纯计数单位；Bits/s/Hz是比特/秒/赫兹，指的是信号传输速率单位。γ是用户的信干燥比门限，e是用户的收集功率门限。

实施方式四

本发明实施例提供的在无线干扰网络中基于恶意干扰进行信号能量收集的方法，进行可以实际应用于第五代移动通信系统中的异构网络中。

例如，在一个传统的宏蜂窝中，部署了很多的微蜂窝，每一个微蜂窝基站均和各自相应的手机进行通信，而微蜂窝通过宏蜂窝经过回传链路与骨干网相连。在第五代移动通信网络中，微蜂窝小区将会非常密集的进行部署，各个微蜂窝中手机用户的通信之间互相干扰。为了对密集微蜂窝网络中各个小区内手机用户的干扰进行有效的管理，本发明中采用干扰对齐的方法，能够将各个微蜂窝小区之间的手机用户间干扰进行有效的消除。尽管如此，当在宏蜂窝小区内部存在某一恶意干扰源时，微蜂窝中的手机用户的通信质量将会受到影响。另外，一般来说，恶意干扰源的发射功率往往很高，如果只是在手机端进行消除，并不是能量效率最高的，往往也会造成能量的浪费。

因此，在本发明实施例中，设计了一种新的对抗恶意干扰的方法，通过对干扰对齐算法进行改进，在手机端，不仅可以将各个微蜂窝小区用户间干扰完全去除，同时也可以去除恶意干扰对网络中手机用户通信质量的影响。在此基础上，根据每个手机用户通信质量和电池的储能状况，在手机端对接收到的信号进行能量分割，既保证了手机的信息正常传输，也能够充分利用恶意干扰的能量为手机电池进行充电。

本发明实施例提供了一种能量收集的装置，适用于存在恶意干扰的干扰对齐网络系统，适用于上述方法流程，如图14所示，所述装置包括：

计算单元21，用于当选中用的户接收端期望信号信干燥比不小于信干燥比门限，选中用户收集到的信号功率不小于收集功率门限时，最小化各个选中用户的期望信号发射功率和，以计算得到功率分割系数。

分割单元22，用于根据所述计算得到的功率分割系数，对选中用户接收到的总信号进行能量分割，以把选中用户接收到的总信号分割成第一部分信号和第二部分信号。

第一收集单元23，用于收集所述第二部分信号的能量。

其中，所述功率分割系数为大于0小于1的正数。

其中，所述第一部分信号能量为选中用户接收的总信号能量与所述功率分割系数的乘积。

其中，所述第二部分信号能量为选中用户接收的总信号能量与所述第一部分信号能量的差值。

可选的是，所述选中用户接收的总信号包括期望信号、恶意干扰、用户间干扰和信道噪声。

可选的是，如图15所示，所述装置还包括：

获取单元24，用于将所述第一部分信号进行干扰对齐，以获取期望信号。

可选的是，所述计算单元21具体用于：

基于方程组(1)，最小化各个选中用户的期望信号发射功率和，

其中，S是选中用户的集合，每个选中用户对应一个发射端和一个接收端。

其中，v^[s]和u^[s]分别为第s个选中用户的预编码向量和解码向量，H^[si]为选中用户中第i个发射端至第s个接收端之间的信道系数矩阵，ρ^[s]为第s个选中用户的接收端处的功率分割系数，P^[s]为第s个选中用户期望信号的发射功率，γ^[s]为第s个选中用户的信干燥比门限，和分别为第s个用户信道噪声功率和功率分割后信息解调处引入的功率，ζ为能量收集的效率，P_o为恶意干扰的发射功率，为恶意干扰发射端到第s个选中用户接收端的信道系数矩阵，e^[s]为第s个选中用户的收集功率门限。

可选的是，如图16所示，所述装置还包括：

选择单元25，用于根据所述干扰对齐网络系统中各个用户的数据信息传输需求和能量收集需求对用户进行选择，以确定选中用户。

可选的是，如图17所示，所述装置还包括：

第二收集单元26，用于对未选中用户，进行信号能量收集。

可选的是，如图18所示，所述选择单元25包括：

计算模块251，在所有可能的选中用户的集合中，通过最大化权重后的选中用户的信息传输速率和未选中用户的收集功率和，计算得到用户选择的最优结果。

可选的是，所述计算模块251具体用于：

基于目标方程(2)，最大化选中用户的信息传输速率和未选中用户的收集功率和，

其中，i、j均为不大于K的自然数，K为所述干扰对齐网络系统中用户数量。

其中，G^*为选中用户的最优解，为所有可能的选中用户的集合，G_l为的子集。

其中，α^[i]为第i个用户如果选中的数据信息传输需求权重系数，1-α^[j]为第j个用户如果未选中的能量收集需求权重系数，R^[i]为第i个用户如果选中的信息传输速率，为第j个用户如果未选中的收集功率，β是一个用来平衡信息传输速率和收集功率的常数(即，将功率的单位转化为速率的单位)。

其中，∑_i∈Sα^[i]R^[i]表示选中用户加权的传输速率和，表示未选中用户加权的收集功率和。

可选的是，如图19所示，所述装置还包括：

第一供电单元27，用于将所述收集到的能量对所述干扰对齐网络系统中选中用户的接收端进行供电。

可选的是，如图20所示，所述装置还包括：

第二供电单元28，用于将所述收集到的能量对所述干扰对齐网络系统中未选中用户的接收端进行供电。

本发明实施例提供了一种能量收集的装置，对干扰对齐网络系统内选中用户接收端的总信号进行分割，使其中一部分信号进入信息解调器，通过干扰对齐技术消除恶意干扰和其它干扰信号，以使用户获取数据信号，保证合法网络的正常传输。对另一部分信号进行能量收集，以为网络的选中用户接收端进行供电。同时对未选中用户进行信号能量收集，以为未选中用户的接收端进行供电。本发明实施例减少了恶意干扰以及其它干扰信号的能量浪费，符合绿色通信理念。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，服务器，或者网络装置等)或处理器(Processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (20)

1.一种能量收集的方法，适用于存在恶意干扰的干扰对齐网络系统，其特征在于，所述方法包括：

当选中用户的接收端期望信号信干燥比不小于信干燥比门限，选中用户收集到的信号功率不小于收集功率门限时，最小化各个选中用户的期望信号发射功率和，以计算得到功率分割系数；

根据所述计算得到的功率分割系数，对选中用户接收到的总信号进行能量分割，以把选中用户接收到的总信号分割成第一部分信号和第二部分信号；

收集所述第二部分信号的能量；

其中，所述功率分割系数为大于0小于1的正数；

其中，所述第一部分信号能量为选中用户接收的总信号能量与所述功率分割系数的乘积；

其中，所述第二部分信号能量为选中用户接收的总信号能量与所述第一部分信号能量的差值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，选中用户接收的总信号包括期望信号、恶意干扰、用户间干扰和信道噪声。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述计算得到的功率分割系数，对选中用户接收的总信号进行能量分割，以把选中用户接收到的总信号分割成第一部分信号和第二部分信号之后，所述方法还包括：

将所述第一部分信号进行干扰对齐，以获取期望信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当选中用户的接收端期望信号信干燥比不小于信干燥比门限，选中用户收集到的信号功率不小于收集功率门限时，最小化各个选中用户的期望信号发射功率和，以计算得到功率分割系数，还包括：

基于方程组(1)，最小化各个选中用户的期望信号发射功率和，

${\min }_{{\mathrm{\ρ}}^{\[s\]},P^{\[s\]}}{\mathrm{\Σ}}_{s\∈S}{P}^{\[s\]}$

$\begin{array}{cc}s.t.& \left\{\begin{array}{c}\frac{P^{\&lsqb;s\&rsqb;}{\mathrm{\&rho;}}^{\&lsqb;s\&rsqb;}|u^{\&lsqb;s\&rsqb;}{H}^{\&lsqb;ss\&rsqb;}{v}^{\&lsqb;s\&rsqb;}{|}^2}{{\mathrm{\&rho;}}^{\&lsqb;s\&rsqb;}{\mathrm{\&sigma;}}_n^2+{\mathrm{\&delta;}}_n^2}\&GreaterEqual;{\mathrm{\&gamma;}}^{\&lsqb;s\&rsqb;}\\ \mathrm{\&zeta;}(1-{\mathrm{\&rho;}}^{\&lsqb;s\&rsqb;})\left({\mathrm{\&Sigma;}}_{i\&Element;S}{P}^{\&lsqb;i\&rsqb;}\right|\left|H^{\&lsqb;si\&rsqb;}{v}^{\&lsqb;i\&rsqb;}\right|{|}^2+P_o\left|\right|H_o^{\&lsqb;s\&rsqb;}\left|{|}^2\right)\&GreaterEqual;e^{\&lsqb;s\&rsqb;}\\ 0<{\mathrm{\&rho;}}^{\&lsqb;s\&rsqb;}<1\end{array}\right.\end{array}---\left(1\right)$

其中，S是选中用户的集合，每个选中用户对应一个发射端和一个接收端；

其中，v^[s]和u^[s]分别为第s个选中用户的预编码向量和解码向量，H^[si]为选中用户中第i个发射端至第s个接收端之间的信道系数矩阵，ρ^[s]为第s个选中用户的接收端处的功率分割系数，P^[s]为第s个选中用户期望信号的发射功率，γ^[s]为第s个选中用户的信干燥比门限，和分别为第s个用户信道噪声功率和功率分割后信息解调处引入的功率，ζ为能量收集的效率，P_o为恶意干扰的发射功率，为恶意干扰发射端到第s个选中用户接收端的信道系数矩阵，e^[s]为第s个选中用户的收集功率门限。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述最小化各个选中用户的期望信号发射功率和，以计算得到功率分割系数之前，所述方法还包括：

根据所述干扰对齐网络系统中各个用户的数据信息传输需求和能量收集需求对用户进行选择，以确定选中用户。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在根据所述干扰对齐网络系统中各个用户的数据信息传输需求和能量收集需求对用户进行选择，以确定选中用户之后，所述方法还包括：

对未选中用户，进行信号能量收集。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述干扰对齐网络系统中各个用户的数据信息传输和能量收集需求对用户进行选择，以确定选中用户，还包括：

在所有可能的选中用户的集合中，通过最大化权重后的选中用户的信息传输速率和未选中用户的收集功率和，计算得到用户选择的最优结果。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述在所有可能的选中用户的集合中，通过最大化权重后的选中用户的信息传输速率和未选中用户的收集功率和，计算得到用户选择的最优结果，包括：

基于目标方程(2)，最大化选中用户的信息传输速率和未选中用户的收集功率和，

其中，i、j均为不大于K的自然数，K为所述干扰对齐网络系统中用户数量；

其中，G^*为选中用户的最优解，为所有可能的选中用户的集合，G_l为的子集，S为选中用户的集合；

其中，α^[i]为第i个用户如果选中的数据信息传输需求权重系数，1-α^[j]为第j个用户如果未选中的能量收集需求权重系数，R^[i]为第i个用户如果选中的信息传输速率，为第j个用户如果未选中的收集功率，β是一个用来平衡信息传输速率和收集功率的常数(即，将功率的单位转化为速率的单位)；

其中，∑_i∈Sα^[i]R^[i]表示选中用户加权的传输速率和，表示未选中用户加权的收集功率和。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述收集所述第二部分信号的能量之后，所述方法还包括：

将所述收集到的能量用于对所述干扰对齐网络系统中选中用户的接收端进行供电。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述进行信号能量收集之后，所述方法还包括：

将所述收集到的能量用于对所述干扰对齐网络系统中未选中用户的接收端进行供电。

11.一种能量收集的装置，适用于存在恶意干扰的干扰对齐网络系统，其特征在于，所述装置包括：

计算单元，用于当选中用户的接收端期望信号信干燥比不小于信干燥比门限，选中用户收集到的信号功率不小于收集功率门限时，最小化各个选中用户的期望信号发射功率和，以计算得到功率分割系数；

分割单元，用于根据所述计算得到的功率分割系数，对选中用户接收到的总信号进行能量分割，以把选中用户接收到的总信号分割成第一部分信号和第二部分信号；

第一收集单元，用于收集所述第二部分信号的能量；

其中，所述功率分割系数为大于0小于1的正数；

其中，所述第一部分信号能量为选中用户接收的总信号能量与所述功率分割系数的乘积；

其中，所述第二部分信号能量为选中用户接收的总信号能量与所述第一部分信号能量的差值。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，选中用户接收的总信号包括期望信号、恶意干扰、用户间干扰和信道噪声。

13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

获取单元，用于将所述第一部分信号进行干扰对齐，以获取期望信号。

14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述计算单元具体用于：

基于方程组(1)，最小化各个选中用户的期望信号发射功率和，

${\min }_{{\mathrm{\&rho;}}^{\&lsqb;s\&rsqb;},P^{\&lsqb;s\&rsqb;}}{\mathrm{\&Sigma;}}_{s\&Element;S}{P}^{\&lsqb;s\&rsqb;}$

$\begin{array}{cc}s.t.& \left\{\begin{array}{c}\frac{P^{\&lsqb;s\&rsqb;}{\mathrm{\&rho;}}^{\&lsqb;s\&rsqb;}|u^{\&lsqb;s\&rsqb;}{H}^{\&lsqb;ss\&rsqb;}{v}^{\&lsqb;s\&rsqb;}{|}^2}{{\mathrm{\&rho;}}^{\&lsqb;s\&rsqb;}{\mathrm{\&sigma;}}_n^2+{\mathrm{\&delta;}}_n^2}\&GreaterEqual;{\mathrm{\&gamma;}}^{\&lsqb;s\&rsqb;}\\ \mathrm{\&zeta;}(1-{\mathrm{\&rho;}}^{\&lsqb;s\&rsqb;})\left({\mathrm{\&Sigma;}}_{i\&Element;S}{P}^{\&lsqb;i\&rsqb;}\right|\left|H^{\&lsqb;si\&rsqb;}{v}^{\&lsqb;i\&rsqb;}\right|{|}^2+P_o\left|\right|H_o^{\&lsqb;s\&rsqb;}\left|{|}^2\right)\&GreaterEqual;e^{\&lsqb;s\&rsqb;}\\ 0<{\mathrm{\&rho;}}^{\&lsqb;s\&rsqb;}<1\end{array}\right.\end{array}---\left(1\right)$

其中，S是选中用户的集合，每个选中用户对应一个发射端和一个接收端；

其中，v^[s]和u^[s]分别为第s个选中用户的预编码向量和解码向量，H^[si]为选中用户中第i个发射端至第s个接收端之间的信道系数矩阵，ρ^[s]为第s个选中用户的接收端处的功率分割系数，P^[s]为第s个选中用户期望信号的发射功率，γ^[s]为第s个选中用户的信干燥比门限，和分别为第s个用户信道噪声功率和功率分割后信息解调处引入的功率，ζ为能量收集的效率，P_o为恶意干扰的发射功率，为恶意干扰发射端到第s个选中用户接收端的信道系数矩阵，e^[s]为第s个选中用户的收集功率门限。

15.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

选择单元，用于根据所述干扰对齐网络系统中各个用户的数据信息传输需求和能量收集需求对用户进行选择，以确定选中用户。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二收集单元，用于对未选中用户，进行信号能量收集。

17.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述选择单元包括：

计算模块，用于在所有可能的选中用户的集合中，通过最大化权重后的选中用户的信息传输速率和未选中用户的收集功率和，计算得到用户选择的最优结果。

18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述计算模块具体用于：

基于目标方程(2)，最大化选中用户的信息传输速率和未选中用户的收集功率和，

其中，i、j均为不大于K的自然数，K为所述干扰对齐网络系统中用户数量；

其中，G^*为选中用户的最优解，为所有可能的选中用户的集合，G_l为的子集，S为选中用户的集合；

其中，α^[i]为第i个用户如果选中的数据信息传输需求权重系数，1-α^[j]为第j个用户如果未选中的能量收集需求权重系数，R^[i]为第i个用户如果选中的信息传输速率，为第j个用户如果未选中的收集功率，β是一个用来平衡信息传输速率和收集功率的常数(即，将功率的单位转化为速率的单位)；

其中，∑_i∈Sα^[i]R^[i]表示选中用户加权的传输速率和，表示未选中用户加权的收集功率和。

19.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第一供电单元，用于将所述收集到的能量对所述干扰对齐网络系统中选中用户的接收端进行供电。

20.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二供电单元，用于将所述收集到的能量对所述干扰对齐网络系统中未选中用户的接收端进行供电。