CN113783316A - 一种多点协同无线能量传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多点协同无线能量传输方法，它包括控制中心、数据中心、多小区基站以及用户终端，当用户终端电量小于阈值E1有充电需求时，用户终端通过多小区基站发出请求到数据中心，数据中心判断数据传输业务和能量传输业务的优先级，以用户终端为中心并且作为接收端接收周围充电设备同时为用户终端的传输能量信号，在接收端把多个能量波束信号进行叠加，增加接收能量信号的能量，为用户终端的设备或传感器设备节点进行能量传输。本产品通过多个基站或多天线协同方式为用户终端设备提供无线充电功能可以带来了很多应用方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种无线能量传输方法，尤其涉及一种多点协同无线能量传输方法。
背景技术
无线传能网络和无线通信网络融合是未来移动通信研究方向之一。把无线传能技术引入通信组网中，而且还可以为网络中的中终端设备提供信息和能量传输，提高终端设备电池续航能力。
在目前已有的无线电能传输技术中，研究较多的主要有磁场耦合式和电磁辐射式；其中，磁场耦合式以磁感应耦合式和磁耦合谐振式为主，主要用于近场场景，传输距离为几毫米到几米；电磁辐射式以微波辐射式和激光方式为主，主要应用于远距离场景，微波辐射式传输方式比较适合在无线通信网中应用。
然而在无线能量传输通信组网中，由于一些低功率基站覆盖半径较小，如果低功率节点传输能量过高会增加对邻区的干扰，同时对周围环境带来辐射，如果传输能量比较小，到达接收端能量较小，充电效果不好。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种多点协同无线能量传输方法。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种多点协同无线能量传输方法，它包括控制中心、数据中心、多小区基站以及用户终端，当用户终端电量小于阈值E1有充电需求时，用户终端通过多小区基站发出请求到数据中心，数据中心判断数据传输业务和能量传输业务的优先级，以用户终端为中心并且作为接收端接收周围充电设备同时为用户终端的传输能量信号，在接收端把多个能量波束信号进行叠加，增加接收能量信号的能量，为用户终端的设备或传感器设备节点进行能量传输。
进一步地，数据中心判断数据传输业务优先级高于能量传输业务，数据中心则提高当前数据通信信号发射能量，用户终端把从多小区基站接收到信号进行叠加，然后按照其预期的信号进行接收功率分配，对接收到的信号进行功分处理，其中一部分进行信号检测接收机，另一部分进入能量收割机，当充电电量大于阈值E2时，终端通过小区基站和数据中心向控制中心发送充电完成信号。
进一步地，数据中心判断能量传输业务优先级高于数据传输业务，数据中心通过多小区基站通知用户终端发送训练数据，多小区基站利用训练数据进行信道估计和信道质量测量，并把测量信道估计结果、SINR值通过数据中心上报给控制中心，然后控制中心根据多小区基站测量上报的SINR值，选择为用户服务的小区簇成员，控制中心对各小区簇进行额外时域、频域和空域传能资源分配，并使各小区簇之间在时域、频域和空域内正交分配，减少不同小区簇之间的干扰，在额外分配的资源域内为用户发送能量信号，控制中心根据多小区基站上报的信道估计结果，计算能量波束赋型因子并通过数据中心发给多小区基站，各小区簇按照以用户为中心的方式对用户终端进行能量传输，用户终端则把所有接收信号进行叠加，叠加后的信号均进入能量收割机为用户终端充电，当充电电量大于阈值E2时，用户终端通过多小区基站和数据中心向控制中心发送充电完成信号，控制中心指示多小区基站结束充电。
进一步地，多小区基站为多个低功率小基站或单站分布式RRU或单站分布式天线。
本发明公开了一种多点协同无线能量传输方法，好处在于：
1.在适用于具有多个基站或(单站)分布式RRU或(单站)分布式天线场景中，通过多个基站或多天线协同方式为用户终端设备提供无线充电功能可以带来了很多应用方便。如为消费类电子设备如手机、笔记本、电子书、电子手表、智能家居传感器、体域网人体传感器和物联网终端设备及传感器等应用提供无线充电功能，可以省去有源充电的不便。
2.本发明在发射端利用用户终端周围部署的多个低功率小基站或者是单站分布式RRU或单站分布式天线同时为用户终端传输能量信号，在接收端把多个地点的天线发射能量波束信号进行叠加增加，可以增加接收能量信号的能量。
附图说明
图1为无线能量传输的小区架构框图。
图2为以用户为中心低功率小基站无线信息和能量传输时序框图。
图3为以用户为中心多个低功率小基站对用户设备终端只进行能量传输时序框图。
图中：1、控制中心；2、数据中心；3、多小区基站；4、用户终端。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提出一种在一定功率情况下以用户为中心的点协同无线能量传输的方法。该方法在发射端利用用户终端周围多个低功率小基站或单站分布式RRU或单站分布式天线同时为用户终端传输能量信号，在接收端把多个低功率小基站或分布式射频单元RRU或分布式天线能量波束信号进行叠加，可以增加接收能量信号的能量，为用户终端设备或传感器设备节点进行能量传输。
如图1所示，在无线能量传输的架构包括控制中心、数据中心、小区基站或射频RRU单元以及用户终端。控制中心与数据中心可以根据应用场景需求部署在近端或远端，控制中心与数据中心相连，数据中心与一个区域内部署的多个低功率小区基站相连。其中：
1、控制中心用于传输多个小区的控制面数据，由集中单元(CU)承载，其主要功能包括：多小区联合的RRM、多小区能量资源管理、异构协调、QoS保障、小区移动管理和本地无线链路控制等。由于每个小区的低功率节点服务用户数量比较少，可利用的时域、频域、空域和功率域资源会有更多的选择，可以通过联合多个小区的进行时域、频域、空域波束调度分配和功率控制减少邻区的干扰。
2、数据中心用于传输多个小区的用户面数据，由分布式单元(DU)承载，其主要功能包括：高层处理、低功率节点协调和数据承载聚合等。
3、数据中心和控制中心通过消息接口相连，用于传输控制消息。
实施例1：以用户为中心多个低功率小基站对用户设备终端进行信息和能量协同传输；
如图2所示，以用户为中心低功率小基站无线信息和能量传输时序框图，其中，步骤1：当用户终端检测电量小于阈值E1时，用户终端通过上行广播信道向周围的多小区基站发出充电请求，并且将充电请求上报到数据中心；
步骤2：数据中心根据当前用户数据通信信号传输情况判断，如果数据传输业务优先级高于能量传输业务，也即通信业务优先级大于充电业务优先级，通知基站提高发射信号幅值，数据中心则提高当前发射信号幅值；
步骤3：终端把接收多个小区基站进行叠加，然后按照事先规定的信号功率分配，对接收到的信号进行功分处理，一部分进行信号检测电路，一部分进入能量收割电路；当检测充电电量大于阈值E2时，终端通过多小区基站和数据中心向控制中心发送充电完成请求上报；
步骤4：控制中心指示小基站充电结束。
实施例2：如图3所示，以用户为中心多个低功率小基站对用户设备终端只进行能量传输；步骤1：当用户终端检测电量小于阈值E1时，用户终端通过上行广播信道向周围的多小区基站发出充电请求，并且将充电请求上报到数据中心；
步骤2：如果能量传输业务优先级高于数据传输业务优先级，数据中心通过基站通知终端发送训练数据；其中训练数据用于用户终端周围各个低功率多小区基站进行信道估计和信道质量测量；
步骤3：多小区基站进行信道估计和信道质量测量，并把测量信道估计结果、SINR值上报，通过数据中心上报给控制中心；
步骤4：控制中心根据多小区基站测量上报的SINR值，选择SINR大于阈值SINRT，为用户服务的小区簇成员；
步骤5：控制中心把多小区基站簇进行额外时域、频域和空域资源分配，并使各个小区簇之间在时域、频域和空域内正交分配，减少不同小区簇之间的干扰，在额外分配的资源域内为用户发送能量信号(如正弦波或chirp等信号)，信号所携带的所用能量都用于终端能量收集；
步骤6：控制中心根据多小区基站上报的信道估计结果，计算能量波束赋型因子；
步骤7：控制中心通知相应小区分配资源并传送相关参数，多小区基站簇的分配时域、频域和波束赋型因子通过数据中心发给多小区基站；
步骤8：多小区基站簇按照以用户为中的方式对用户终端进行能量传输，向用户终端发送能量信号；
步骤9：用户终端接收多个小区基站的能量信号进行叠加后，均进入能量收割电路为用户终端充电，当检测充电电量大于阈值E2时，用户终端通过多小区基站和数据中心向控制中心发送充电完成请求上报；
步骤10：控制中心指示多小区基站结束充电。
其中，用户终端周围为其提供充电的设备的多小区基站可以是多个基站，单个基站多个分布式RRU单元，单个基站多个分布式天线。
信号质量测量可以是但不限于信道状态信息CSI、信道质量指标CQI、秩信息RI、信号与干扰加噪声比SINR、参考信号接收功率RSRP、参考信号接收质量RSRQ、接收的信号强度指示RSSI、误块率、误码率、混合自动重传请求HARQ信息。
本发明设计了一种多点协同无线能量传输方法，该方法在发射端利用用户终端周围多个基站或单站多个分布式射频RRU单元，或单站多个分布式天线协同为用户终端传输能量信号，根据终端通信信号发送情况，如果通信信号业务高于传能业务，则直接提高发送信号能量。如果传能业务优先级高于通信信号业务优先级，则控制中心额外调度时、频、空域资源为用户发送能量信号(如正弦波等)，并且传能信号所携带的所用能量都用于终端能量收割电路。
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种多点协同无线能量传输方法，其特征在于：它包括控制中心(1)、数据中心(2)、多小区基站(3)以及用户终端(4)，当用户终端(4)电量小于阈值E1有充电需求时，用户终端(4)通过多小区基站(3)发出请求到数据中心(2)，数据中心(2)判断数据传输业务和能量传输业务的优先级，以用户终端(4)为中心并且作为接收端接收周围充电设备同时为用户终端(4)的传输能量信号，在接收端把多个能量波束信号进行叠加，增加接收能量信号的能量，为用户终端(4)的设备或传感器设备节点进行能量传输。
2.根据权利要求1所述的多点协同无线能量传输方法，其特征在于：所述数据中心(2)判断数据传输业务优先级高于能量传输业务，数据中心(2)则提高当前数据通信信号发射能量，用户终端(4)把从多小区基站(3)接收到信号进行叠加，然后按照其预期的信号进行接收功率分配，对接收到的信号进行功分处理，其中一部分进行信号检测接收机，另一部分进入能量收割机，当充电电量大于阈值E2时，终端通过小区基站和数据中心(2)向控制中心(1)发送充电完成信号。
3.根据权利要求1所述的多点协同无线能量传输方法，其特征在于：所述数据中心(2)判断能量传输业务优先级高于数据传输业务，数据中心(2)通过多小区基站(3)通知用户终端(4)发送训练数据，多小区基站(3)利用训练数据进行信道估计和信道质量测量，并把测量信道估计结果、SINR值通过数据中心(2)上报给控制中心(1)，然后控制中心(1)根据多小区基站(3)测量上报的SINR值，选择为用户服务的小区簇成员，控制中心(1)对各小区簇进行额外时域、频域和空域传能资源分配，并使各小区簇之间在时域、频域和空域内正交分配，减少不同小区簇之间的干扰，在额外分配的资源域内为用户发送能量信号，控制中心(1)根据多小区基站(3)上报的信道估计结果，计算能量波束赋型因子并通过数据中心(2)发给多小区基站(3)，各小区簇按照以用户为中心的方式对用户终端(4)进行能量传输，用户终端(4)则把所有接收信号进行叠加，叠加后的信号均进入能量收割机为用户终端(4)充电，当充电电量大于阈值E2时，用户终端(4)通过多小区基站(3)和数据中心(2)向控制中心(1)发送充电完成信号，控制中心(1)指示多小区基站(3)结束充电。
4.根据权利要求1所述的多点协同无线能量传输方法，其特征在于：所述多小区基站(3)为多个低功率小基站或单站分布式RRU或单站分布式天线。
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