一種能量采集點對點通信系統及其設計方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及無線通信和能量采集技術領域，特別涉及一種能量采集方式的點對點 通信系統。
【背景技術】
[0002] 眾所周知，傳統的無線傳感網絡和嵌入式系統中所用的設備，大多是用電池來供 電的。這種供電方式存在一個很大的問題：設備的壽命是有限的。當電池中的電量耗盡了 以后，設備就不能再使用了。為了維持系統的運轉，就只能不停的更換電池或者周期性地給 電池充電。能量采集是一個很好的解決電量問題的方案。設備可以從各種能量源（比如： 太陽能、震動能、風能等等）中獲取能量，獲得的能量可以供設備使用。因為能量源可以源 源不斷的提供能量，所以設備就不用擔心電量耗盡的問題了。
[0003] 能量采集技術，目前有三種工作模式："采集-使用"模式，"采集-存儲-使用"模 式和"采集-使用-存儲"模式。在"采集-使用"模式中，設備采集到的能量會直接被使 用掉。在"采集-存儲-使用"模式中，采集到的能量先被存儲在電池中，然后再根據需要， 取出來使用。而"采集-使用-存儲"模式，則是讓此刻接收到的能量先直接用于當前的消 耗，如果有剩余，再存入電池中。現今的一些文獻對"采集-存儲-使用"模式和"采集-使 用-存儲"有許多研宄，也將其應用在了很多不同的系統中。"采集-使用"模式，雖然不能 存儲能量，但是也有其使用的特定場合。
[0004] 現有的點對點通信系統應用十分廣泛，在無線傳感網以及整個移動通信系統中， 都有著廣泛地使用，但是，點對點通信系統存在著能量的問題。目前很多技術都對通信協議 以及工作模式進行研宄，提出了很多降低能耗的方法，起到了延長節點壽命的作用。但是， 上述的根本問題并沒有得到解決。因此，需要找到一種特殊的供能方法，使得通信系統的能 量問題得以解決。而本發明能夠很好地解決上面的問題。

【發明內容】

[0005] 本發明目的在于解決現有技術中點對點通信系統中的總能量有限的問題，提出了 一種能量采集點對點通信系統的設計方法，該方法是基于"采集-使用"模式，該方法對硬 件需求很少，節約了成本。
[0006] 本發明解決其技術問題所采取的技術方案是：本發明提出了一種能量采集點對點 通信系統的設計方法，該方法包括如下步驟：
[0007] 步驟1 :引入一個能量源，在系統運作時給系統提供能量。
[0008] 在當發送端要傳送數據給接收端的時，發送端先從能量源獲取能量，再用這些能 量來支持整個數據發送的工作。
[0009] 步驟2 :采用大規模分布式天線陣列的架構。
[0010] 通信系統建立在大規模分布式天線陣列的架構之下，大規模分布式天線陣列是指 在一個小區內有大量的天線（即：1〇〇到1000個遠程天線單元），這些天線單元分布在小區 的各個地方。
[0011] 步驟3 :采用一種"采集-使用"模式使得能量源向發送端供能。
[0012] 當系統工作在"采集_使用"模式時，發送端不能儲存能量，所有接收到的能量都 會立即用于數據的發送。存儲能量的過程必定會帶來能量的損失，而長時間不使用能量，電 池中也會有一大部分的電量泄露。因此，在突發性業務場合中，采用能量存儲設備往往會使 能量的使用效率較低。另外，"采集-使用"模式的硬件需求和成本非常小。在系統工作時， 由于硬件簡單，消耗也會比另外兩種模式少。
[0013] 點對點通信是一種相對而言比較突發性的通信。這種通信不是一直進行的，而且 每次通信的時間也不會太長。在這樣的突發性業務中，"采集-使用"模式的優勢得以體現。
[0014] 步驟4 :對通信系統建模，引入拉格朗日函數，用最優化的方法求得最佳功率分配 方案和信道情況的關系。
[0015] 在設計的系統模型中，引入了拉格朗日函數來進行分析，找出在"采集-使用"模 式下的最佳功率分配方案和每個時刻信道參數以及時間分配系數的關系。
[0016] 在本發明的通信系統中，每個時刻各個信道的情況都是隨機的，且相互獨立的。通 信的過程中，一直有足夠數據需要發送，不會出現有能量可以使用卻沒有數據需要發送的 情況。通過對整個系統建模，可以得到系統容量的計算公式和一些相應的約束條件。本發 明引入拉格朗日函數來對整個最優化問題進行分析，最終得到了最佳功率分配方案和每個 時刻信道參數以及時間分配系數的關系。
[0017] 步驟5 :利用注水算法，計算出最佳功率分配方案。
[0018] 根據上述步驟4對系統容量的分析，得出了最優的功率分配方案可以通過注水的 方法，計算出唯一的解。利用注水方法，計算出最佳功率分配方案。
[0019] 本發明還提出了一種能量采集點對點通信系統，該系統包括能量源、發送端和接 收端。所述能量源主要是用于為點對點通信工作提供能量。所述發送端主要是用于接收能 量，并用此能量發送數據。所述接收端主要是用于接收數據；所述的能量源是一個總能量受 限的能量源。
[0020] 有益效果：
[0021] 1、本發明解決了點對點通信中的供能問題，使得系統的工作壽命大大延長，并且 本發明能夠節約硬件的成本。
[0022] 2、本發明利用最優化的方法和注水算法對系統模型進行分析，找到了最優的功率 分配方案，使得系統的容量得到了很大地提升。
[0023] 3、本發明能夠大大減小用戶與天線單元的距離，從而能夠降低能量傳輸的距離， 進一步提高了能量的傳輸效率。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發明的系統架構圖。
[0025] 圖2為本發明系統幀結構的示意圖。
[0026] 圖3為本發明的注水法示意圖。
[0027] 圖4為本發明的方法流程