[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

本發明公開了一種無線能量傳輸供電的中繼系統的能量合作方法。它的步驟為：采用兩跳的解碼轉發機制。在第一跳中，源節點發送消息給多個中繼節點，中繼節點可以選擇解碼信息或者進行能量捕獲，將源節點信號轉換成能量并存儲到電池中。而在第二跳中，各個中繼節點根據能量狀態，選擇合適的功率將源節點的信息轉發給目的節點。同時，中繼節點在選擇合適的功率時，相互之間可以進行能量合作，并通過兩級注水功率分配優化系統吞吐量。本發明可用于具有多個合作式中繼，并且通信設備具有無線電能量捕獲電路的無線網絡中，節點間進行能量合作的機制。

技術領域

本發明涉及無線通信領域，具體涉及一種無線能量傳輸供電的中繼系統的能量合作方法。

背景技術

隨著數據通信與多媒體業務需求的發展，有著更大容量，更快傳輸速率的下一代無線通信技術的相關研究已經在學術界和工業界廣泛展開，為更加有效地利用帶寬資源、提高網絡容量，給用戶提供更優質的服務質量(QoS)，同時降低系統功耗，實行綠色通信，很多新的物理層技術，如多天線(MIMO)技術，中繼技術，能量捕獲技術已被提出，并逐漸成為學術界和業界所共同關注的焦點。這些技術的結合將能極大的提升系統的性能，同時又可以提高系統的能量效率，有效地節約能量，從而滿足當今通信業務發展的需求。

在一些能量有限制的無線網絡中，比如無線傳感器網絡、無線自組網(Ad hoc)等，網絡的能量限制在實際網絡的設計和工作當中都是重要的考慮點，因為這些傳感器節點和無線節點通常都是由有限的能量供應設備提供能量的，現如今一般都是電池供電。這種能量有限設備的使用壽命則是如今網絡設計當中的重點考慮因素，也正因為如此，可以從無線信號當中捕獲能量的設備成為了未來網絡設計中的熱點。這種能夠捕獲無線信號能量的設備有著許多的實用優點，比如廣泛的工作范圍，生產成本低，小型接收器的外形，并且因為電磁波的廣播特性而有著高效并且豐富的能源來源。不僅如此，在節點與節點之間也可以用無線通信的方式來進行信息和能量上同時的合作，不同節點之間相互信息的共享和能量的傳輸可以使得網絡的性能能夠進一步地提高。

發明內容

本發明的目的是利用機會式轉發中繼系統中的合作和能量捕獲的特點，設計出一種中繼系統之間信息轉發和能量合作的機制。

無線能量傳輸供電的中繼系統的能量合作方法的步驟如下：

一種無線能量傳輸供電的中繼系統的能量合作方法，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；

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；