CN110602791A - 过剩能量共享的eh分布式基站系统功率分配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在EH分布式基站系统中过剩能量可以共享的功率分配方法，所述分配方法在于使EH远程天线单元(RAU)收集的能量不仅可以自身使用，也可以输送给能量共享池，将RAU多余的能量存放在能量共享池中供所有RAU共享；当能量共享池能量不够时，可以借用智能电网的能量，能量过剩时可以输送能量给智能电网；在此基础上，对RAU的发射功率进行有效分配。本发明实现了不同RAU之间的能量共享，能量共享池无法直接向智能电网借用能量，只有当能量共享池中的能量不够时才会向智能电网借用能量，优先实现RAU收集的能量在RAU之间共享，提升了能量利用效率，降低了对智能电网的依赖程度和分布式基站系统的使用成本。

Description

过剩能量共享的EH分布式基站系统功率分配方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及无线EH网络中分布式基站系统的资源共享与功率分配。
背景技术
分布式基站系统通常由基带处理单元(BPU)和远程天线单元(RAU)组成，相对于传统基站具有更高的容量和更好的覆盖性能。在无线EH网络分布式基站组网的成果中，有文献公开了一种分布式基站架构，通过任意分布的远程天线单元实现在下行链路上的无线信息与功率同传，远程天线单元采用EH技术，并可与智能电网交易收集的能量，进行双向的能量流动。这种架构的缺点是所有远程天线单元收集的能量只能供自身使用或者直接传输给智能电网，不能实现远程天线单元之间的能量共享，使收集的能量不能够得到充分利用，造成了能量的浪费，而且还需要从智能电网购买更多的电力，提高了系统的使用成本。
发明内容
本发明提供了一种在EH分布式基站系统中过剩能量可以共享的功率分配方法，其目的在于使EH远程天线单元(以下简称RAU)收集的能量不仅可以自身使用，也可以输送给能量共享池，将RAU多余的能量存放在能量共享池中供所有RAU共享；当能量共享池能量不够时，可以借用智能电网的能量，能量过剩时可以输送能量给智能电网；在此基础上，对RAU的发射功率进行有效分配。
本发明具体技术方案包括如下步骤：
定义：S为智能电网与能量共享池之间的能量交易状态，Fi为第i个RAU输送能量给能量共享池的速率，Gi为第i个RAU从能量共享池借用能量的速率，Ei为第i个RAU的能量收集速率，Q为能量共享池的能量水平，Qmax为能量共享池的存储空间，η为智能电网与能量共享池、能量共享池和RAU之间进行功率传输的能量损失效率，N是RAU数量，i＝1,2,…,N；0＜κ＜1。
确定
(1)如果S＞0且0≤Q＜Qmax，则所有的RAU采用最大传输功率pmax进行传输。
(2)如果S＞0且Q＝Qmax：假设有m个RAU各自收集的能量大于自身进行最大传输功率pmax传输所需能量，则此m个RAU采用最大传输功率pmax进行传输，多余的能量传输到能量共享池，在(N-m)个RAU之间按注水算法进行分配得到分配功率p'i，被分配的总功率为此(N-m)个RAU最终的发射功率为Ei+ηp'i和pmax中的较小值。
(3)如果S＝0：假设有m个RAU各自收集的能量大于自身进行最大传输功率pmax传输所需能量，则此m个RAU采用最大传输功率pmax进行传输，多余的能量传输到能量共享池，在(N-m)个RAU之间按注水算法进行分配得到分配功率p'i，被分配的总功率为此(N-m)个RAU最终的发射功率为Ei+ηp'i和pmax中的较小值。
具体实施方式
一个具体的实施例系统模型中，信息与能量双向传输链路包括有线或无线信息传输双向链路和有线或无线能量传输双向链路，电网为智能电网。一个分布式基站至少包括一个基带处理单元、N(N＞1)个远程天线单元、一个能量共享池、能量共享池与基带处理单元之间的传输链路和接口、RAU与基带处理单元之间的传输链路和接口、RAU与能量共享池之间的传输链路和接口、分布式基站与智能电网设备之间的传输链路与接口等，基带处理单元和RAU均具备能量收集能力，假设基带处理单元收集的能量足够驱动自身电路。
智能电网至少具备以下功能：(1)直接给分布式基站的基带处理单元提供电能；(2)向能量共享池提供电能。能量共享池至少具备以下功能：(1)存储来自智能电网、基带处理单元、RAU的电能；(2)向分布式基站的基带处理单元、RAU提供电能；(3)向智能电网供应电能。智能电表至少具备以下功能：(1)智能电网和能量共享池的电能双向交易通过智能电表完成；(2)对分布式基站系统与智能电网之间的电力交易进行计数计价。
RAU收集的能量可以自身使用，也可以输送给能量共享池，能量共享池中的能量供所有RAU共享；当能量共享池能量不够时，可以借用智能电网的能量，能量过剩时可以输送能量给智能电网；在此基础上，对RAU的发射功率进行有效分配。
设第i个RAU的发射功率为pi，则pi＝Ei+Gi-Fi；其中0≤pi≤pmax,pmax为RAU的发射功率限制。第i个RAU的能量收集速率为Ei,Ei≥0；第i个RAU从能量共享池借用能量的速率为Gi，Gi≥0；第i个RAU输送能量给能量共享池的速率为Fi，Fi≥0。
设Q为能量共享池的能量水平，有：其中，0≤Q≤Qmax，Qmax为能量共享池的存储空间，为正实数；η为智能电网与能量共享池、能量共享池和RAU之间进行功率传输的能量损失效率，能量共享池从智能电网借用能量的速率为Ds,Ds≥0，能量共享池输送能量给智能电网的速率为Cs,Cs≥0。
设S为智能电网与能量共享池之间的能量交易状态，有S＝Cs-Ds，为了最小化使用来自智能电网的能源，可约束S≥0；于是，分布式基站系统的功率分配可以在求解以下优化问题的基础上获得：
s.t.S≥0
0≤Q≤Qmax
0≤pi≤pmax
Fi≥0,Gi≥0其中gi为远程天线单元i与用户接收机之间的信道增益。
设能量共享池的能量水平低于Qmax的κ倍(0＜κ＜1)时，智能电网向能量共享池输送能量，即当时，
当能量共享池的能量速率的大小超过Qmax时，能量共享池将过剩的能量输送给智能电网，即当时，于是，得到智能电网和能量共享池的交易状态：
实施例的具体步骤如下：
(1)判断S：如果S＞0，执行步骤(2)；如果S＝0则执行步骤(3)，否则功率分配过程结束。
(2)判断Q：如果0≤Q＜Qmax，则所有的RAU采用最大传输功率pmax进行传输；如果Q＝Qmax，则执行下一步骤。
(3)假设有m个RAU各自收集的能量大于自身进行最大传输功率pmax传输所需能量，则此m个RAU采用最大传输功率pmax进行传输，多余的能量传输到能量共享池，在(N-m)个RAU之间按注水算法进行分配得到分配功率p'i，被分配的总功率为此(N-m)个RAU最终的发射功率为Ei+ηp'i和pmax中的较小值。
本发明的技术特点和有益效果：(1)本发明方法中，RAU收集的能量不仅可以供自身使用，也可以将多余的能量输送到能量共享池，提供给需要的RAU使用，而不是直接将多余的能量传输给智能电网，能量共享池只有在溢出时才将溢出部分的能量传输到智能电网，实现了不同RAU之间的能量共享，优化了系统的能量分配，提升了系统的性能，具有科学和实用价值。(2)本发明方法实现的系统中，能量共享池无法直接向智能电网借用能量，只有当能量共享池中的能量不够时才会向智能电网借用能量，优先实现RAU收集的能量在RAU之间共享，提升了能量利用效率，降低了对智能电网的依赖程度和分布式基站系统的使用成本。

Claims (3)

1.过剩能量共享的EH分布式基站系统功率分配方法，包括能量共享池、N个EH远程天线单元和智能电网，定义：S为智能电网与能量共享池之间的能量交易状态，Fi为第i个EH远程天线单元输送能量给能量共享池的速率，Gi为第i个EH远程天线单元从能量共享池借用能量的速率，Ei为第i个EH远程天线单元的能量收集速率，Q为能量共享池的能量水平，Qmax为能量共享池的存储空间，pi为第i个EH远程天线单元的发射功率，η为智能电网与能量共享池、能量共享池和EH远程天线单元之间进行功率传输的能量损失效率，i＝1,2,…,N；其特征在于：0＜κ＜1；如果S＞0且满足0≤Q＜Qmax，则所有的EH远程天线单元采用最大传输功率进行传输。
2.根据权利要求1所述的方法，如果S＞0且满足Q＝Qmax：当有m个EH远程天线单元各自收集的能量大于自身进行最大传输功率pmax传输所需能量，则此m个EH远程天线单元采用最大传输功率pmax进行传输，多余的能量传输到能量共享池，在(N-m)个EH远程天线单元之间按注水算法进行分配得到分配功率p'i，被分配的总功率为此(N-m)个EH远程天线单元最终的发射功率为Ei+ηp'i和pmax中的较小值。
3.根据权利要求1所述的方法，如果S＝0：当有m个EH远程天线单元各自收集的能量大于自身进行最大传输功率pmax传输所需能量，则此m个EH远程天线单元采用最大传输功率pmax进行传输，多余的能量传输到能量共享池，在(N-m)个EH远程天线单元之间按注水算法进行分配得到分配功率p'i，被分配的总功率为此(N-m)个EH远程天线单元最终的发射功率为Ei+ηp'i和pmax中的较小值。
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US20160134150A1 (en) * 2014-10-14 2016-05-12 Ohio State Innovation Foundation Systems and capable of self-harvesting energy from wireless devices and methods of using the same
CN109039660A (zh) * 2018-08-05 2018-12-18 广西师范大学 Eh分布式基站系统的能量共享和功率分配方法
CN110650526A (zh) * 2019-09-13 2020-01-03 广西师范大学 能量共享的eh分布式基站系统功率分配方法

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YUCHENG LIAO等: "《Energy Depositing for Energy Harvesting》", 《2018 10TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON WIRELESS COMMUNICATIONS AND SIGNAL PROCESING(WCSP)》 *

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