CN115412410B - 一种感知、通信和传能一体化传输方法 - Google Patents
一种感知、通信和传能一体化传输方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115412410B CN115412410B CN202211356451.XA CN202211356451A CN115412410B CN 115412410 B CN115412410 B CN 115412410B CN 202211356451 A CN202211356451 A CN 202211356451A CN 115412410 B CN115412410 B CN 115412410B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- energy
- target
- receiver
- communication
- transmission
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 103
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 62
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000008447 perception Effects 0.000 title claims abstract description 15
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 60
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229940049705 immune stimulating antibody conjugate Drugs 0.000 claims abstract 2
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 14
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 12
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 claims description 11
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 11
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 7
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 7
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 claims description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 230000017105 transposition Effects 0.000 claims 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005562 fading Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L25/00—Baseband systems
- H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
- H04L25/0202—Channel estimation
- H04L25/021—Estimation of channel covariance
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
- G06F17/10—Complex mathematical operations
- G06F17/16—Matrix or vector computation, e.g. matrix-matrix or matrix-vector multiplication, matrix factorization
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/20—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using microwaves or radio frequency waves
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/40—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
- H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
- H04B7/0413—MIMO systems
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L25/00—Baseband systems
- H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
- H04L25/0202—Channel estimation
- H04L25/0204—Channel estimation of multiple channels
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
- G06F2111/04—Constraint-based CAD
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Databases & Information Systems (AREA)
- Algebra (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
本发明涉及一种感知、通信和传能一体化传输方法,属于无线通信技术领域,包括:S1、基于ISAC和SWIPT技术进行传感感知、通信和能量传输一体化MIMO***的建模;S2、对步骤S1中的信道进行估计,并构建传感感知、通信和能量传输三者之间性能权衡的优化问题;S3、对步骤S2中的优化问题进行求解,并刻画CRB‑速率‑能量性能可达区域;S4、根据传感感知、通信和能量传输三者不同的性能需求,找到C‑R‑E区域的帕累托边界上的不同CRB‑速率‑能量对,求解出相应的传输协方差矩阵。本发明可以根据针对传感、通信和能量传输三者的不同性能需求,采用不同的传输策略,以满足6G物联网时代多样的应用需求。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域,尤其涉及一种感知、通信和传能一体化传输方法。
背景技术
未来的第六代(6G)无线网络有望用于支持各种新兴的智能物联网(IoT)应用,如智能家居、智能物流、工业自动化和智能医疗。为此,无线网络需要纳入数十亿低功耗物联网设备,并以可持续的方式支持其定位、传感、通信和控制功能。根据预计,6G网络需要提供分别为1 Tbps和10-100 Gbps的峰值速率和用户体验速率、1厘米的室内场景的定位精度和50厘米的室外场景的定位精度,传感设备的电池寿命应长达20年。
一方面,无线信息与能量同步传输(SWIPT)已经为大规模设备的可持续的能源供应及无电池物联网操作的实现提供了一种高效的解决方案。它将无线能量传输(WPT)和无线通信集成到一个统一的设计中,其中同一无线信号可以重复用于同时将信息和能量分别无线传输到信息解码(ID)接收机和能量收集(EH)接收机。另一方面,传感与通信一体化(ISAC)将无线电传感与无线通信有效地结合,使得同一无线信号不仅可以用来传递信息,还可以根据回波信号对周围目标和环境进行感知。随着SWIPT和ISAC技术的进步,未来6G网络将集成它们,向新的多功能网络发展。通过重复利用无线信号,它可以同时为大规模物联网设备提供传感、通信和能量传输的功能。这种多功能无线网络有望显著提高当前稀缺的频谱资源和密集部署的基站(BS)设施的利用效率,为大规模低功耗物联网设备提供定位和无线充电功能,以支持新兴应用。
然而,由于传感、通信和能量传输***的不同设计目标和设计原则,对于MIMO雷达传感,为了达到最优性能,基于同一性样本相干矩阵的各向同性传输有利于利用波形分集来提高传感精度和分辨率;对于收发端均完全已知信道状态信息(CSI)的点对点MIMO通信,对MIMO通信信道进行奇异值分解,并在分解的子信道上进行注水功率分配,可使MIMO信道容量最大化;对于MIMO WPT信道,基于该信道的最强本征模传输可以实现最大传输能量水平。将传感、通信、能量传输作为三个独立目标,其最优传输策略各有不同。如何将这三种不同的设计统一起来,找到多功能无线***的最优传输策略,是一个重要而又困难的问题。
需要说明的是,在上述背景技术部分公开的信息只用于加强对本公开的背景的理解,因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点,提供了一种感知、通信和传能一体化传输方法,解决了现有技术难以将传感感知、通信和能量传输三者统一并实现最优传输策略的问题。
本发明的目的通过以下技术方案来实现:一种感知、通信和传能一体化传输方法,所述一体化传输方法包括:
S1、基于ISAC和SWIPT技术进行传感感知、通信和能量传输一体化MIMO***的建模;
S2、对步骤S1中的信道进行估计,并构建传感感知、通信和能量传输三者之间性能权衡的优化问题;
S3、对步骤S2中的优化问题进行求解,并刻画CRB-速率-能量性能可达区域,即C-R-E区域;
S4、根据传感感知、通信和能量传输三者不同的性能需求,找到C-R-E区域的帕累托边界上的不同CRB-速率-能量对,求解出相应的传输协方差矩阵。
步骤S1包括的具体内容如下:
一体化MIMO***包括一台混合接入点,表示为H-AP,一台能量收集接收机,表示为EH,一台信息解码接收机,表示为ID,和一个待估计传感目标组成,多天线混合接入点发射无线电信号以实现同时与信息解码接收机通信,对能量收集接收机进行能量传输,并根据回波信息对待估计传感目标进行雷达传感;
从点目标和扩展目标两个方面构建雷达传感目标模型,以及构建通信模型和无线功率传输模型,分别以基于传输协方差矩阵估计CRB、可实现的数据速率和收集的能量水平作为指标。
在准静态窄带信道模型中无线信道在由个符号组成的持续时间内保持不变,设置分别从混合接入点的发射机到能量收集接收机的信道矩阵,表示从混合接入点的发射机到信息解码接收机的信道矩阵,表示从混合接入点的发射机到传感目标再到混合接入点的接收机的目标响应矩阵;
从扩展目标构建雷达传感目标模型包括:对于扩展目标,其目标响应矩阵为,其中Q表示扩展目标处的散射体的数目,表示第个散射体的离开/到达角,表示第个散射体的复反射系数,其幅值为路径增益,其相位在中均匀随机分布;
目标类型为扩展目标时,混合接入点将完整的目标响应矩阵作为未知参数来估计,设置,即混合接入点的接收天线个数不少于其发射天线个数,估计的Fisher信息矩阵表示为,而对应的CRB矩阵由表示,采用基于CRB矩阵迹的标量CRB度量作为性能度量,其表示为的函数为。
构建通信模型包括:考虑从混合接入点到信息解码接收机的点对点MIMO通信,信息解码接收机在符号处的接受信号表示为,其中表示信息解码接收机处的加性高斯白噪声,是一个复高斯随机向量,具有零均值和协方差矩阵,在容量实现的高斯信号传输情况下达到的数据传输速率为。
构建无线功率传输模型包括:考虑从混合接入点到能量接收机的无线功率传输,能量接收机通过整流器将接收到的射频信号转换为直流信号以收集能量,由于接收到的直流功率是随着接收到的射频功率的增加而单调增加的,采用能量接收机接收到的射频功率作为性能度量,表示为的函数为。
步骤S2包括的具体内容如下:
在准静态场景下,能量接收机和信息解码接收机通过利用混合接入点广播的下行链路导频信号估计与混合接入点之间的信道状态信息,并将信道状态信息反馈给混合接入点;
设置CRB-速率-能量区域,即MIMO***中所有同时实现的CRB-速率-能量对的集合,表示为:
构建传输协方差矩阵的优化问题:最大化信息解码接收机的数据传输速率,同时在混合接入点的最大发射功率约束下,满足目标传感的估计CRB需求和EH接收机的能量收集需求。来分别对点目标和扩展目标的情况描述传感、通信和能量传输三者之间性能权衡,即C-R-E区域的帕累托边界。
步骤S3包括的具体内容如下:
利用标准CVX求解器对步骤S2中的两个凸的优化问题进行求解;
构造仿真场景,在仿真场景中对C-R-E区域遍历所有的CRB约束和能量收集约束,求解步骤S2所构造优化问题得到对应的最大传输速率,以及相应的传输协方差矩阵,来刻画所构造的CRB-速率-能量性能可达区域,即C-R-E区域。
本发明具有以下优点:一种感知、通信和传能一体化传输方法,通过考虑了两种不同的雷达传感目标模型,即点目标和扩展目标。对于这两种目标模型,通过最大化ID接收机的数据传输速率,同时在H-AP的最大发射功率约束下,满足目标传感的估计CRB需求和EH接收机的能量收集需求,来描述CRB-速率-能量(C-R-E)区域的帕累托边界。进而,在实际应用中,可以根据针对传感、通信和能量传输三者的不同性能需求,采用不同的传输策略,以满足6G物联网时代多样的应用需求。
附图说明
图1 为本发明的流程示意图;
图2 为本发明的一体化MIMO***示意图;
图3 为点目标情况下,仿真***的C-R-E区域的Pareto边界;
图4 为扩展目标情况下,仿真***的C-R-E区域的Pareto边界。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下结合附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本发明做进一步的描述。
如图1,本发明具体涉及一种感知、通信和传能一体化传输方法,目标是揭示传感、通信和能量传输三者之间的性能权衡,分别以估计Cramer-Rao界(CRB)、可实现的数据速率和收集的能量水平为指标特别地,考虑了两种不同的雷达传感目标模型,即点目标和扩展目标。对于这两种目标模型,通过最大化ID接收机的数据传输速率,同时在H-AP的最大发射功率约束下,满足目标传感的估计CRB需求和EH接收机的能量收集需求,来描述CRB-速率-能量(C-R-E)区域的帕累托边界。进而,在实际应用中,可以根据针对传感、通信和能量传输三者的不同性能需求,采用不同的传输策略,以满足6G物联网时代多样的应用需求;具体包括以下内容:
S1、基于ISAC和SWIPT技术进行传感感知、通信和能量传输一体化MIMO***的建模;
如图2所示,一体化MIMO(多入多出)***包括一台混合接入点(H-AP),一台能量收集(EH)接收机,一台信息解码(ID)接收机,和一个待估计传感目标组成,多天线混合接入点发射无线电信号以实现同时与信息解码接收机通信,对能量收集接收机进行能量传输,并根据回波信息对待估计传感目标进行雷达传感;
从点目标和扩展目标两个方面构建雷达传感目标模型,以及构建通信模型和无线功率传输模型,分别以基于传输协方差矩阵估计CRB、可实现的数据速率和收集的能量水平作为指标。
在准静态窄带信道模型中无线信道在由个符号组成的持续时间内保持不变,其中,足够大;设置分别从混合接入点的发射机到能量收集接收机的信道矩阵,表示从混合接入点的发射机到信息解码接收机的信道矩阵,表示从混合接入点的发射机到传感目标再到混合接入点的接收机的目标响应矩阵;为了便于传输优化,假设和在H-AP是完全已知的, 在ID接收机是完全已知的。
A. 雷达传感目标模型:
首先,针对两种不同类型的雷达传感目标模型,即点目标模型和扩展目标模型。H-AP接收机接收到的回波信号可以表示为:
其中表示H-AP接收机处的加性高斯白噪声(AWGN),它是一个CSCG随机矩阵, 表示的复数空间矩阵,每个元素都是独立同分布的,具有零均值和方差。传感的目的是从接收到的回波信号中估计,其中发射信号在H-AP处是已知的。特别地,考虑两种不同类型的传感目标,即点目标和扩展目标,分别如下所述:
对于点目标,其目标响应矩阵为:
对于扩展目标,其目标响应矩阵为:
对于扩展的目标情况,H-AP旨在将完整的目标响应矩阵作为未知参数来估计。在这种情况下,本发明假设,即H-AP的接收天线个数不少于其发射天线个数,以避免估计目标信息的丢失。用来估计的Fisher信息矩阵(FIM)表示为,而对应的CRB矩阵由表示,*表示共轭,表示维度为的单位矩阵。为了保证整个矩阵的估计性能,本发明采用基于CRB矩阵迹的标量CRB度量作为性能度量,其可以表示为以下的函数:
B. 通信模型:
接下来,本发明考虑从H-AP到ID接收机的点对点(P2P)MIMO通信。ID接收机在符号处的接受信号可以表示为:
其中,det表示行列式;
C. 无线功率传输模型:
此外,本发明考虑从H-AP到EH接收器的无线功率传输(WPT)。其中,EH接收机使用整流器将接收到的射频信号转换为直流(DC)信号以收集能量。由于接收到的直流功率一般是随着接收到的射频功率的增加而单调增加的,本发明采用EH接收机接收到的射频功率(单位时间内的能量,单位为瓦特)作为性能度量,其可以表示为以下的函数:
S2、信道估计及传感、通信和能量传输三者之间性能权衡的优化问题构建;
考虑无线信道在一段时间内保持不变的准静态场景,假定EH接收机和ID接收机都可以通过利用H-AP事先广播的下行链路导频信号,完美估计其与H-AP之间的信道状态信息,然后将这些本地信道状态信息反馈给H-AP。即,和在H-AP是完全已知的,在ID接收机是完全已知的。
为了描述整个C-R-E区域,本发明通过在以下(P1)、(P2)两个问题中,分别对点目标和扩展目标,在能量传输约束、CRB约束和功率限制下,最大化传输速率,来找到帕累托边界。对于点目标和扩展目标情况,帕累托边界点描述问题可以写作:
和
S3、对上述优化问题的求解,以及最优性能权衡区域的刻画;
这两个问题都是凸的,因此可以通过使用Matlab等软件中的标准CVX求解器来高效求解。
S4、最优性能权衡区域在实际MIMO***中的应用:根据传感感知、通信和能量传输三者不同的性能需求,找到C-R-E区域的帕累托边界上的不同CRB-速率-能量对,求解出相应的传输协方差矩阵;
在不同的实际MIMO***中,可以根据针对传感、通信和能量传输三者的不同性能需求,找到C-R-E区域的帕累托边界上的不同CRB-速率-能量对,以及求解出相应的传输协方差矩阵。通过采用不同的传输策略,以满足6G物联网时代多样的应用需求。
进一步地,本发明考虑一个仿真场景,其中参数为学界常用设定。将传输持续时间设为个符号。H-AP配备了数量为和的发射和接收天线,其中相邻天线之间的间距为半波长。对于传感信道,本发明假设由天线阵列导向矢量和组成,其中。此外,ID接收机和EH接收机分别配备数量为和的接收天线。假设ID信道和EH信道都存在瑞利衰落,使得和为具有零均值和单位方差的CSCG随机矩阵。同时,本发明将传感接收机和ID接收机的噪声协方差和单位化。
如图3和图4所示,对于点目标和扩展目标情况,分别对(P1)和(P2)进行最优求解,得到的C-R-E区域的Pareto边界,其中发射功率预算为。对于这两种情况,可以观察到传输速率随着CRB约束的增加和EH约束的减少而增加。注意到,对于C-R的权衡,在爬过一个“转角”后,继续增加对增加传输速率仅有轻微的影响。这意味着在设计集成***的性能时,本发明可以首先找到一个“转角”之上的值,然后再主要考虑R-E的权衡。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式,不应看作是对其他实施例的排除,而可用于各种其他组合、修改和环境,并能够在本文所述构想范围内,通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围,则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种感知、通信和传能一体化传输方法,其特征在于:所述一体化传输方法包括:
S1、基于ISAC和SWIPT技术进行传感感知、通信和能量传输一体化MIMO***的建模;
S2、对步骤S1中的信道进行估计,并构建传感感知、通信和能量传输三者之间性能权衡的优化问题;
S3、对步骤S2中的优化问题进行求解,并刻画CRB-速率-能量性能可达区域,即C-R-E区域;
S4、根据传感感知、通信和能量传输三者不同的性能需求,找到C-R-E区域的帕累托边界上的不同CRB-速率-能量对,求解出相应的传输协方差矩阵。
2.根据权利要求1所述的一种感知、通信和传能一体化传输方法,其特征在于:步骤S1包括的具体内容如下:
一体化MIMO***包括一台混合接入点,表示为H-AP,一台能量收集接收机,表示为EH,一台信息解码接收机,表示为ID,和一个待估计传感目标组成,多天线混合接入点发射无线电信号以实现同时与信息解码接收机通信,对能量收集接收机进行能量传输,并根据回波信息对待估计传感目标进行雷达传感;
从点目标和扩展目标两个方面构建雷达传感目标模型,以及构建通信模型和无线功率传输模型,分别以基于传输协方差矩阵估计CRB、可实现的数据速率和收集的能量水平作为指标。
在准静态窄带信道模型中无线信道在由个符号组成的持续时间内保持不变,设置分别从混合接入点的发射机到能量收集接收机的信道矩阵,表示从混合接入点的发射机到信息解码接收机的信道矩阵,表示从混合接入点的发射机到传感目标再到混合接入点的接收机的目标响应矩阵;
5.根据权利要求3所述的一种感知、通信和传能一体化传输方法,其特征在于:从扩展目标构建雷达传感目标模型包括:对于扩展目标,其目标响应矩阵为,其中Q表示扩展目标处的散射体的数目,表示第个散射体的离开/到达角,表示第个散射体的复反射系数,其幅值为路径增益,其相位在中均匀随机分布,其中, 和分别表示第个散射体的发射阵列和接收阵列的导向向量,表示做转置处理;
8.根据权利要求1所述的一种感知、通信和传能一体化传输方法,其特征在于:步骤S2包括的具体内容如下:
在准静态场景下,能量接收机和信息解码接收机通过利用混合接入点广播的下行链路导频信号估计与混合接入点之间的信道状态信息,并将信道状态信息反馈给混合接入点;
设置CRB-速率-能量区域,即MIMO***中所有同时实现的CRB-速率-能量对的集合,表示为:
构建传输协方差矩阵的优化问题:最大化信息解码接收机的数据传输速率,同时在混合接入点的最大发射功率约束下,满足目标传感的估计CRB需求和EH接收机的能量收集需求;来分别对点目标和扩展目标的情况描述传感、通信和能量传输三者之间性能权衡,即C-R-E区域的帕累托边界;
9.根据权利要求8所述的一种感知、通信和传能一体化传输方法,其特征在于:步骤S3包括的具体内容如下:
利用标准CVX求解器对步骤S2中的两个凸的优化问题进行求解;
构造仿真场景,在仿真场景中对C-R-E区域遍历所有的CRB约束和能量收集约束,求解步骤S2所构造优化问题得到对应的最大传输速率,以及相应的传输协方差矩阵,来刻画所构造的CRB-速率-能量性能可达区域,即C-R-E区域。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211356451.XA CN115412410B (zh) | 2022-11-01 | 2022-11-01 | 一种感知、通信和传能一体化传输方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211356451.XA CN115412410B (zh) | 2022-11-01 | 2022-11-01 | 一种感知、通信和传能一体化传输方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115412410A CN115412410A (zh) | 2022-11-29 |
CN115412410B true CN115412410B (zh) | 2023-02-03 |
Family
ID=84169375
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202211356451.XA Active CN115412410B (zh) | 2022-11-01 | 2022-11-01 | 一种感知、通信和传能一体化传输方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115412410B (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116056116B (zh) * | 2023-01-11 | 2023-08-29 | 深圳大学 | 无线通信***访问控制的优化方法、***、设备及介质 |
CN118200935B (zh) * | 2024-05-14 | 2024-07-12 | 香港中文大学(深圳)未来智联网络研究院 | 一种多用户协同的通感一体化***中用户组合的选择方法 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220308195A1 (en) * | 2015-07-17 | 2022-09-29 | Xiaolu ZENG | Method, apparatus, and system for wireless sensing based on channel information |
CN111885691B (zh) * | 2020-06-30 | 2023-05-16 | 三维通信股份有限公司 | 无线携能网络的功率分配方法、装置和计算机设备 |
CN115085774B (zh) * | 2022-04-26 | 2024-03-08 | 北京理工大学 | 一种基于克拉美罗界的通感融合混合波束赋形方法 |
-
2022
- 2022-11-01 CN CN202211356451.XA patent/CN115412410B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN115412410A (zh) | 2022-11-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN115412410B (zh) | 一种感知、通信和传能一体化传输方法 | |
Huang et al. | Simultaneous wireless information and power transfer: Technologies, applications, and research challenges | |
CN109005551B (zh) | 一种非理想信道状态信息的多用户noma下行功率分配方法 | |
Ma et al. | UAV-aided cooperative data collection scheme for ocean monitoring networks | |
CN113783599B (zh) | 一种无人机群的无线感知***能量与信息传输方法 | |
CN106972880B (zh) | 一种基于swipt技术的发送端及中继的低复杂度联合预编码方法 | |
Ku et al. | Power waveforming: Wireless power transfer beyond time reversal | |
CN107592144B (zh) | Eh-mimo能量收集及多天线通信***的节点天线选择方法及装置 | |
CN107896125B (zh) | 一种全维度多天线swipt***的物理层安全传输方法 | |
Qiao et al. | Massive MIMO architecture for 5G networks: Co-located, or distributed? | |
CN105636226B (zh) | 基于静态分簇的密集分布式无线网络多用户调度方法 | |
CN113825159A (zh) | 基于智能反射面的无线携能通信***鲁棒资源分配方法 | |
CN109905917B (zh) | 基于无线携能的noma通信***中无线资源分配方法 | |
CN104168659A (zh) | Mrt预编码策略下的多小区mimo***用户调度方法 | |
CN112994770A (zh) | 基于部分csi的ris辅助多用户下行鲁棒无线传输方法 | |
CN106357315B (zh) | 一种具有不完全csi的大型多天线网络能效资源分配方法 | |
CN108337024B (zh) | 一种基于能量采集的大规模mimo***能效优化方法 | |
CN114157333A (zh) | 一种新型的基于可重构智能表面的共生无线通信*** | |
Ilter et al. | Information harvesting for far-field wireless power transfer | |
CN109151946B (zh) | 基于能量收集的协作中继传输方法、***及多天线发送端 | |
Krunz et al. | Online reinforcement learning for beam tracking and rate adaptation in millimeter-wave systems | |
Chen et al. | Integrated Sensing, Communication, and Powering (ISCAP): Towards Multi-functional 6G Wireless Networks | |
Mundarath et al. | A cross layer scheme for adaptive antenna array based wireless ad hoc networks in multipath environments | |
Wang et al. | Robust design for UAV-enabled multiuser relaying system with SWIPT | |
CN111010697B (zh) | 一种基于无线携能技术的多天线***功率优化方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |