[發明專利]一種無線能量傳輸供電的中繼系統的能量合作方法

有效

• 申請號: 201510615794.7
• 申請日: 2015-09-24
• 公開（公告）號: CN105188106B
• 公開（公告）日: 2018-08-07
• 發明（設計）人: 汪恒智;王瑋;張朝陽
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04W40/22
• 分類號: H04W40/22;H04W52/46;H04B7/0426;H02J50/20
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

1.一種無線能量傳輸供電的中繼系統的能量合作方法，其特征在于：包括如下步驟：

1)源節點和中繼節點之間進行第一跳通信：源節點發送信號給中繼節點，各個中繼節點根據當前的信道狀態信息決定是接收信息還是接收能量，接收信息的中繼節點將信息解碼以備轉發，接收能量的中繼節點將源節點信號的能量進行收集，并存儲到電池當中；第一跳的吞吐量R₁表示為：

其中h_si是源節點到第i個中繼節點的信道狀態，x_i是第i個中繼節點的工作模式的選擇變量，P_s是發送端的功率，N₀是噪聲功率，N為中繼節點數量；

第i個中繼節點捕獲到的能量為β_e是能量傳輸效率，T則是傳輸的時隙，其中第一跳占η時間,0<η<1，為h_si的共軛；在能量合作階段，在發送前第i個中繼節點擁有的能量E_i為：

其中：為第i個中繼節點接收到的能量，為第i個中繼節點發送的能量；

2)在第一跳通信結束后，中繼節點之間進行合作：一方面各個中繼節點之間共享信息，形成一個虛擬多天線裝置，進行聯合譯碼；另一方面中繼節點之間采取兩級注水準則相互傳輸能量從而實現能量合作，以提高在第二跳時系統的吞吐量；將傳輸后獲得的能量與傳輸前發送的能量之比作為能量傳輸打折因子β；

所述的兩級注水準則為：

S1：每個中繼節點根據傳統注水法則確定相應中繼節點在沒有能量合作時功率的水面，第i個中繼節點的水面高度為用于第二跳通信；

S2:設置變量其中max(λ_i)為所有中繼節點的水面高度的倒數最大值，min(λ_i)為所有中繼節點的水面高度的倒數最小值；

S3：各個中繼節點以第二跳吞吐量最大化為目標進行能量合作，每個水面高于的中繼節點傳輸能量給水面低于的中繼節點；

S4：不斷迭代S2、S3過程，直到每個水面高于的中繼節點傳輸的能量給水面低于的中繼節點，每個水面低于的中繼節點接收的能量為止，從而滿足能量守恒；能量守恒為：

經過能量合作后，各個中繼節點根據自身和信道狀態，最終的水面有和兩個，呈現兩級注水的特性，而處于和兩個水面之間的中繼節點不需要進行能量合作；

3)在完成能量合作后，中繼節點將信息轉發給目的節點，實現第二跳：中繼節點進行信息上的合作，形成虛擬多天線裝置，所有中繼節點一起采用最大比合并編碼，發送給目的節點；目的節點接收到信息并進行解碼，獲得源節點發送的信息。

2.根據權利要求1所述的一種無線能量傳輸供電的中繼系統的能量合作方法，其特征在于：所述的步驟3)中的虛擬多天線裝置形成一個MISO信道，并且每個天線所使用的功率P_i是經過兩級注水之后所得到的，第二跳的吞吐量R₂表示為：

其中h_id是第i個中繼節點到目的節點的信道狀態。