CN110650526B - 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

本发明公开了一种基于能量共享的EH分布式基站系统的功率分配方法，技术方案包括：信道条件好的时候，分配更多的能量给远程控制单元，信道条件不好的时候，分配较少的能量给远程控制单元，实现能量利用的动态控制，优化所收集能量的利用。本发明实现了从智能电网借用能量与向智能电网输送能量之间的动态平衡，能量优先用于共享可以减少智能电网的供电，降低了对智能电网的依赖和分布式基站系统的使用成本。

Description

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。从可再生能源如太阳能、风能、热能和射频能中获得能量的能量收集(energy harvesting,EH)技术可以驱动通信设备和网络，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。但是这种架构的缺点是不能实现远程天线单元之间的能量共享，不能实现资源的灵活配置，需要从智能电网购买更多的电力，提高了系统使用成本。
发明内容
本发明提供了一种基于能量共享的EH分布式基站系统的功率分配方法，其目的在于：实现EH分布式基站系统所收集能量在远程天线单元之间的共享，信道条件好的时候，分配更多的能量给远程控制单元，信道条件不好的时候，分配较少的能量给远程控制单元，实现能量利用的动态控制，优化所收集能量的利用。本发明实现了从智能电网借用能量与向智能电网输送能量之间的动态平衡，能量优先用于共享可以减少智能电网的供电，降低了对智能电网的依赖和分布式基站系统的使用成本。
本发明主要技术方案如下：
基于能量共享的EH分布式基站系统功率分配方法，包括智能电网、能量共享池、EH远程天线单元。定义：Fs为能量共享池输送能量给智能电网的速率，Gs为能量共享池从智能电网借用能量的速率，S为智能电网与能量共享池之间的能量交易状态，S＝Fs-Gs。
(1)判断智能电网与能量共享池之间的能量交易状态S，如果S＞0，则判断能量共享池的能量水平Q：如果0≤Q＜Qmax，则所有的EH远程天线单元采用最大功率pmax发射；如果Q＝Qmax，利用注水功率分配算法对系统总的发射功率
Figure BDA0002201699830000021
在EH远程天线单元之间进行分配。其中：Qmax是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EH远程天线单元之间能量传输的损失效率；pi是EH远程天线单元i的发射功率，i＝1,2,···,N；N是EH远程天线单元的数量；κ是能量共享池的能量水平与其存储空间的倍率；Ei是EH远程天线单元i的能量收集速率；0＜κ＜1。
(2)判断智能电网与能量共享池之间的能量交易状态S，如果S＝0，利用注水功率分配算法对系统总的发射功率
Figure BDA0002201699830000022
在EH远程天线单元之间进行分配。
附图说明
图1是本发明的系统模型图。
具体实施方式
本发明给出了一个具体的系统功率分配方法实施例，系统模型如图1所示。图中所示的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，所示的电网为智能电网，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、远程天线单元与基带处理单元之间的传输链路和接口、远程天线单元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。基带处理单元和远程天线单元均具备能量收集能力，假设基带处理单元收集的能量足够为自身提供电力。
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、远程天线单元的电能；(2)向分布式基站的基带处理单元、远程天线单元提供电能；(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。
设Q为能量共享池的能量水平，有：
Figure BDA0002201699830000031
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、能量共享池和远程天线单元之间能量传输的损失效率，Gs(Gs≥0)为能量共享池从智能电网借用能量的速率，Fs(Fs≥0)为能量共享池输送能量给智能电网的速率，pi为远程天线单元i的发射功率，其中0≤pi≤pmax，pmax为远程天线单元的功率限制，Ei(Ei≥0)为远程天线单元i的能量收集速率。
设S为智能电网与能量共享池之间的能量交易状态，有：S＝Fs-Gs。
于是，分布式基站系统的功率分配可以通过求解以下优化问题获得：
Figure BDA0002201699830000032
s.t.S≥0；
0≤Q≤Qmax；
0≤pi≤pmax,
Figure BDA0002201699830000033
其中gi为远程天线单元i与用户接收机之间的信道增益。
当能量共享池的能量水平低于其存储空间Qmax的κ倍(0＜κ＜1)时，智能电网向能量共享池输送能量，即：
当
Figure BDA0002201699830000034
时，
Figure BDA0002201699830000035
当能量共享池的能量水平超过Qmax时，能量共享池将过剩的能量输送给智能电网，即：
当
Figure BDA0002201699830000041
时，
Figure BDA0002201699830000042
根据优化问题，可以推导出智能电网与能量共享池之间的能量交易状态：
Figure BDA0002201699830000043
于是，能量共享的EH分布式基站系统功率分配方法的具体步骤如下所示：
(1)判断智能电网与能量共享池之间的能量交易状态S。如果S＞0，则执行(2)；如果S＝0，则执行(3)。
(2)判断能量共享池的能量水平Q，如果0≤Q＜Qmax，则所有的远程控制单元采用最大功率pmax发射；如果Q＝Qmax，利用注水功率分配算法对系统总的发射功率
Figure BDA0002201699830000044
在远程控制单元之间进行分配。
(3)利用注水功率分配算法对系统总的发射功率
Figure BDA0002201699830000045
在远程控制单元之间进行分配。

Claims (1)

1.能量共享的EH分布式基站系统功率分配方法，包括智能电网、能量共享池、EH远程天线单元，定义：Fs为能量共享池输送能量给智能电网的速率，Gs为能量共享池从智能电网借用能量的速率，S为智能电网与能量共享池之间的能量交易状态，S＝Fs-Gs；其特征在于所述功率分配方法包括如下步骤：
(1)分布式基站系统的功率分配通过求解以下优化问题获得：
Figure FDA0003115599060000011
约束条件：S≥0；0≤Q≤Qmax；0≤pi≤pmax；
Figure FDA0003115599060000012
其中gi为远程天线单元i与用户接收机之间的信道增益；pi为远程天线单元i的发射功率；i＝1,2,···,N；N是EH远程天线单元的数量；
(2)判断智能电网与能量共享池之间的能量交易状态S，如果S＞0，则判断能量共享池的能量水平Q，如果0≤Q＜Qmax，则所有的EH远程天线单元采用最大功率pmax发射；如果Q＝Qmax，利用注水功率分配算法对系统总的发射功率
Figure FDA0003115599060000013
在EH远程天线单元之间进行分配；其中：Qmax是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EH远程天线单元之间能量传输的损失效率；pi是EH远程天线单元i的发射功率，i＝1,2,···,N；N是EH远程天线单元的数量；Ei是EH远程天线单元i的能量收集速率；0＜κ＜1；
(3)判断智能电网与能量共享池之间的能量交易状态S，如果S＝0，利用注水功率分配算法对系统总的发射功率
Figure FDA0003115599060000014
在EH远程天线单元之间进行分配。
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《Noncommutative Composite Water-Filling for Energy Harvesting and Smart Power Grid Hybrid System With Peak Power Constraints》;Peter He等;《IEEE TRANSACTIONS ON VEHICULAR TECHNOLOGY》;20160630;摘要，第二章 *

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