[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

说明书

本发明公开了一种基于无线信息与能量协同传输的大规模接入方法。小区中心布置一个多天线基站，大量的移动终端需要通过基站接入无线网络。基站根据信道长期统计信息，将这些移动终端分成若干个簇。所有移动终端同时向基站发射训练序列，基站通过信道估计获得每个簇的等效信道状态信息，再对每个簇的发射信号进行叠加编码，然后把叠加编码后的信号再经波束成形后发射出去。移动终端在收到信号后，将其从功率上分成两部分，一部分送入信息接收机进行信息解码，另一部分送入能量接收机将收到的射频信号转化为电能并进行存储。本发明为具有大规模能量限制的移动终端的物联网提供了一种有效的无线接入方法。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于无线信息与能量协同传输的大规模接入方法。

背景技术

近年来，移动互联网的兴起使得物联网行业得到了飞速发展，未来的无线网络需要支持大规模移动终端设备的同时接入。在当前广泛采用的正交多接入技术中，如时分多址接入(TDMA)、频分多址接入(FDMA)和码分多址接入(CDMA)，一个无线资源块只能分配给一个移动终端。由于无线资源的稀缺性，传统的正交多址接入技术很难支持大规模用户的同时接入。在这种情况下，非正交多接入技术得到了大量的研究，并被广泛认为是5G等未来宽带无线通信系统的关键技术之一。

非正交多址接入技术主要利用发射端的叠加编码和接收端的串行干扰抵消实现高效的多用户接入。当接入用户数较大时，串行干扰抵消的复杂度将非常大。因此需要将用户分为多个簇，并只在每个簇内进行串行干扰抵消，从而有效降低用户的计算复杂度。然而，用户分簇将引入新的簇间干扰。为了进一步提高非正交多址接入技术的性能，必须有效抑制簇间干扰。另外，在大规模用户接入的情况下，传统的正交信道估计方法需要极长的训练序列，这将导致每个时隙只有很少的时间用于信号传输，且如果训练序列大于信道的相干时间，这将导致信道估计的失效。

此外，由于物联网节点的快速增长，网络耗能也在不断攀升。如今，无线通信设备主要仍以线缆或电池形式来获取电能。然而电池的容量和生命周期往往是有限的，且频繁地使用线缆充电或更换电池在某些情况下是不可行的，如墙内的传感器，植入人体内的辅助医疗设备。利用射频信号既能携带信号也能携带能量的特性，无线信息与能量协同传输技术引起了学术界的广泛关注。利用此技术在传输信息的同时并收集能量，有望摆脱传统的线缆与电池的束缚，能够方便且有效地延长网络的使用寿命，在工业、医疗、生活等领域有广阔的应用前景。

因此，将无线信息与能量协同传输技术、非正交多址接入技术与大规模天线技术结合起来应用到具有大规模移动终端的无线网络中，能够有效提升系统的频谱效率和能量效率。

发明内容

本发明为了解决上述方案中大规模移动终端接入时训练序列较长、频谱效率较低、计算复杂度较高等问题，提出了一种基于无线信息与能量协同传输的大规模接入方法。

本发明所采用的具体技术方案如下:

一种基于无线信息与能量协同传输的大规模接入方法，它包括如下步骤：

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；