[发明专利]一种基于无线信息与能量协同传输的大规模接入方法

权利要求书

1.一种基于无线信息与能量协同传输的大规模接入方法，其特征在于包括如下步骤：

1)基站根据信道长期统计信息，获得所有下行信道的大尺度衰落信息δ_i,i＝1,…,K，其中K为移动终端的数量；

2)基于下行信道的大尺度衰落信息，基站将移动用户分为M个簇，其中第m个簇包含N_m个移动用户；

3)基站基于一种非正交的信道估计方法，获得第m个簇的等效信道状态信息

4)基站根据所获得的等效信道状态信息，为第m个簇中第n个移动终端的信号s_m,n设计簇间功率分配因子α_m,n，为其接收机设计功率分割因子ρ_m,n，再为第m个簇设计发射波束w_m；

5)根据簇间功率分配因子α_m,n，基站将每个簇内的所有移动终端的信号进行叠加编码，得到信号x_m；再基于发射波束w_m对叠加编码后的信号x_m进行波束成形，然后将所有波束成形后的信号一起进行发射；

6)移动终端接到基站发射的信号后，根据功率分割比率ρ_m,n:(1-ρ_m,n)将接收信号分成两部分，其中0≤ρ_m,n≤1；接收信号的ρ_m,n部分被送入信息接收机，其首先对同一簇内的信号进行串行干扰抵消，再对自身信号进行解码；接收信号的1-ρ_m,n部分被送入能量接收机进行射频信号的能量转换；

步骤3)中一种非正交的信道估计方法为：

3.a)基站为第j个簇的所有移动终端分配一个相同的训练序列Φ_j，训练序列长度为τ，而不同簇之间的移动终端采用相互正交的训练序列，即对于所有j≠i；

3.b)所有移动终端同时向基站发射训练序列，其中第m个簇中第n个移动终端的发射功率为Q_m,n；

3.c)基站接收到训练序列后右乘然后利用最小均方误差估计方法得到第m个簇的等效信道状态信息

3.d)基于上述信道估计方法，所有移动终端的真实信道状态信息为其中e_m,n为信道估计误差向量，且e_m,n～CN(0,C_m,n)，C_m,n＝(1-χ_m,n)I，其中是真实信道状态信息h_m,n和估计的簇等效信道状态信息的协相关系数，CN表示复高斯分布，I为单位矩阵，δ_m,n为第m个簇中第n个移动终端的下行信道大尺度衰落信息；

步骤5)中的叠加编码方法为：基站为第m簇构造发射信号其中是α_m,n簇间功率分配因子；然后构建总的发射信号为其中w_m为第m簇的发射波束；

步骤4)中的波束w_m、簇间功率分配因子α_m,n、以及功率分割因子ρ_m,n的设计方法为：

4.a)初始化波束其中为上一轮迭代中的可行点，P_max为基站最大发射功率，初始化簇间功率因子初始化功率分割因子ρ_m,n＝0.5；

4.b)设置权重变量其中为平均最小均方差，表示为η_m,n是不完全串行干扰抵消因子，与是高斯白噪声的方差，v_m,n是信号接收机，Re{·}表示复数的实部；

4.c)设置信号接收机为

4.d)根据令和t_m,nI_N+B_m,n≥0，其中a_m,n与b_m,n是关于实际能量收集电路的硬件参数，M_m,n和q_m,n分别是第m个簇中第n个移动终端的最大收集能量和要求最小收集能量，是满足第m个簇中第n个移动终端满足q_m,n的中断概率，t_m,n≥0与r_m,n≥0是辅助变量，I_N为N维的单位矩阵；B_m,n、u_m,n、和E_m,n均为中间参数；tr(·)是指矩阵的迹；vec(·)表示矩阵向量化；

4.e)利用块坐标下降法求解得到w_m，α_m,n和ρ_m,n，即依次固定w_m，α_m,n和ρ_m,n三个变量中的两个，用内点法或直接调用CVX工具包求解得到第三个变量；

4.f)若加权总速率和收敛，则得到最终的w_m，α_m,n和ρ_m,n，否则跳回步骤4.b)。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线信息与能量协同传输的大规模接入方法，其特征是步骤6)中串行干扰抵消方法为：任一移动终端的信息接收机首先对同一簇内信道增益弱于自身的移动终端的信号进行解码，并将这些信号从接收信号中减去，最后对自身的信号进行解码。