CN108599822B - 多用户eh-mimo通信系统的数据与能量天线选择方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多用户EH‑MIMO通信系统的数据与能量天线选择方法，在包括一个基站和多个用户终端的无线EH‑MIMO通信系统中，给出了一种在下行链路上为基站选取数据天线和能量天线、实现下行多用户MIMO通信的方法。系统中的基站具备EH能力且配置多根天线，每一个用户终端也配置了多根天线，基站同时和多个用户终端在下行链路上进行MIMO通信。基站的一部分天线用于传输数据，构成数据天线，另一部分天线用于收集能量，构成能量天线。本发明能够克服由于不同用户与基站之间的信道状况不相同导致基站与用户之间的通信性能存在差异的缺陷，在保障多用户MIMO系统信道容量的同时，能够平衡各用户的通信性能以获得较好的用户体验。

Description

多用户EH-MIMO通信系统的数据与能量天线选择方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及无线EH通信系统中多用户MIMO通信的天线选择方法。
背景技术
无线EH通信系统中的节点具备能量收集(EH，energy harvesting)能力，可以通过节点自身收集能量为系统提供电力，降低了对传统电网的依赖，实现了能源的重复利用，同时适用于移动节点之间的通信。在节点配置多根天线的无线EH-MIMO通信系统中，节点可以利用一部分天线传输数据，一部分天线同时收集能量，从而实现数据与能量的有效协作，保障系统的持续工作，于是，在基站处，用于传输数据的数据天线与用于收集能量的能量天线的选择是影响系统性能的关键问题。对于单用户MIMO系统，数据与能量天线的选择已经有了解决方案，例如通过遍历搜索或者递增递减天线的方法可以获得最优或者次优的数据天线集合和能量天线集合。然而，在多用户MIMO系统中，基站同时和多个用户进行通信，当多个用户随机分布在位置空间时，由于不同用户与基站之间的信道状况不相同，导致基站与用户之间的通信性能存在差异，高的系统容量不表示每个用户都有较好的通信性能，此时如何有效选取数据与能量天线，在保障多用户MIMO系统信道容量的同时，又能平衡各用户的通信性能以获得较好的用户体验，是有待解决的问题。
发明内容
本发明的目的就在于提供一个解决上述问题的技术方案。本发明在至少包括一个基站和多个用户终端的无线EH-MIMO通信系统中，给出了一种在下行链路上为基站选取数据天线和能量天线、实现下行多用户MIMO通信的方法。系统中的基站具备EH能力且配置多根天线，每一个用户终端也配置了多根天线，基站同时和多个用户终端在下行链路上进行MIMO通信。基站的一部分天线用于传输数据，构成数据天线，另一部分天线用于收集能量，构成能量天线。基站处数据天线与能量天线的选择过程如下：初始化基站处各天线的权重系数为0，将从基站到某个用户的MIMO通信视为点到点的下行链路MIMO通信，根据现有的单用户MIMO系统的数据与能量天线选择算法得到基站处对应所述某用户的最优数据天线集合与最优能量天线集合，将对应所述某用户的最优数据天线集合中的每一根天线的权重系数加1，记录所述某用户对应的下行链路信道容量Ck,su；按照天线的权重系数从大到小的顺序对基站的天线进行排序，选取权重系数最大的若干根天线作为数据天线，剩下的天线作为能量天线；分别计算从基站到所述某用户的下行信道容量Ck,j，如果Ck,j与Ck,su的比值都大于某一设定门限α，α为正实数，则所选数据天线即为最终选取的数据天线，剩下的天线即为最终选取的能量天线。
本发明能够克服由于不同用户与基站之间的信道状况不相同导致基站与用户之间的通信性能存在差异的缺陷，在保障多用户MIMO系统信道容量的同时，能够平衡各用户的通信性能以获得较好的用户体验。
具体实施方式
在包括一个基站和M个用户终端的无线EH-MIMO通信系统中，基站具备EH能力且配置Nt根天线，每一个用户终端配置Nr根天线，基站同时和M个用户终端在下行链路上进行MIMO通信。
本发明所述基站处数据与能量天线的选择过程如下。
步骤1：初始化基站处各天线的权重系数为0，正整数j＝1。
步骤2：当k＝1，2，…，M时，k为用户序号，将从基站到用户k的MIMO通信视为点到点的下行链路MIMO通信，根据现有的单用户MIMO系统的数据与能量天线选择算法可以选择得到基站处对应用户k的最优数据天线集合Tk,d和最优能量天线集合Tk,e，将对应用户k的最优数据天线集合Tk,d中的每一根天线的权重系数加1，记录用户k对应的下行链路信道容量Ck,su。
步骤3：按照天线的权重系数从大到小的顺序对基站的天线进行排序，令基站处对应用户k的最优数据天线集合Tk,d中的天线数为Lk,d，取Lk,d的最小值为Ld，min，即Ld,min＝min{L1,d,L2,d,···,LM,d}，取Lk,d的最大值为Ld,max，即Ld,max＝max{L1,d,L2,d,···,LM,d}，min{}表示对括号中元素取最小的运算，max{}表示对括号中元素取最大的运算；令Ld＝Ld，min。
步骤4：选取权重系数最大的Ld根天线作为数据天线，剩下的Nt-Ld根天线作为能量天线，分别计算从基站到用户k的下行信道容量Ck,j。令
Figure BDA0001588405410000031
当k＝1，2，…，M时,若pk,j都大于门限α，α为正实数，权重系数最大的Ld根天线即为最终选取的数据天线，剩下的Nt-Ld根天线即为最终选取的能量天线，转步骤6。
步骤5：令Ld＝Ld+1，若Ld≤Ld,max，j＝j+1,返回步骤4。否则,令
Figure BDA0001588405410000032
i＝1，…，j，q取最大的pi值对应的i值，选取权重系数最大的Ld,min+q-1根天线为最终选取的数据天线，剩下的Nt-(Ld,min+q-1)根天线为最终选取的能量天线。
步骤6：选择结束。

Claims (1)

1.一种多用户EH-MIMO通信系统的数据与能量天线选择方法，包括至少一个具备EH能力且配置了Nt根天线的基站和M个配置了Nr根天线的用户终端，基站的一部分天线用于传输数据，构成数据天线，另一部分天线用于收集能量，构成能量天线，其特征在于，所述数据天线与能量天线的选择方法包括如下步骤：
(1)初始化基站处各天线的权重系数为0，正整数j＝1；
(2)k为用户序号，当k＝1，2，…，M时，将基站到用户k的MIMO通信视为点到点的下行链路MIMO通信，根据单用户MIMO系统的数据与能量天线选择算法得到基站处对应用户k的最优数据天线集合Tk,d和最优能量天线集合Tk,e，将所述最优数据天线集合Tk,d中的每一根天线的权重系数加1，记录用户k对应的下行链路信道容量Ck,su；
(3)按照天线的权重系数从大到小的顺序对基站的天线进行排序，令所述最优数据天线集合Tk,d中的天线数为Lk,d，当k＝1，2，…，M时，取Lk,d的最小值为Ld，min，取Lk,d的最大值为Ld,max，令正整数Ld＝Ld，min；
(4)选取权重系数最大的Ld根天线作为数据天线，剩下的Nt-Ld根天线作为能量天线，分别计算从基站到用户k的下行信道容量Ck,j；令
Figure FDA0002642359560000011
当k＝1，2，…，M时,若pk,j都大于门限α，α为正实数，权重系数最大的Ld根天线即为最终选取的数据天线，剩下的Nt-Ld根天线即为最终选取的能量天线；
(5)若pk,j值没有达到都大于门限α的条件,令Ld＝Ld+1，j＝j+1,若Ld≤Ld,max，返回上一步骤；若Ld大于Ld,max，令
Figure FDA0002642359560000012
取最大的pi值对应的i值，选取权重系数最大的Ld,min+q-1根天线为最终选取的数据天线，剩下的Nt-(Ld,min+q-1)根天线为最终选取的能量天线。
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