[發明專利]一種基于能量狀態的全雙工中繼傳輸方法

有效

• 申請號: 201710463555.3
• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN107359926B
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 趙睿;聶志巧;李元健;吳奇;王聰
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: H04B7/155
• 分類號: H04B7/155;H04W40/10;H04W40/22;H04W52/24;H04W52/46;H04L5/14
• 代理公司: 35204 廈門市首創君合專利事務所有限公司
• 代理人: 張松亭

本發明公開了一種基于能量狀態的全雙工中繼傳輸方法，應用在包含信源、中繼和信宿三個節點的全雙工中繼系統，其中信源和信宿配置單天線，中繼配置兩天線；中繼為無源節點，通過能量采集為其工作供能；系統包括以下工作狀態：當信宿能夠正確解碼時，中繼只工作在采集能量狀態不轉發信息；當信宿未能正確解碼時而中繼能量狀態滿足所設定閾值時，全雙工中繼采用無線信號功率分配能量采集技術采集能量并轉發信息；當信宿未能正確解碼且中繼能量狀態不滿足所設定閾值時，系統停止通信，信源給中繼發送能量信號，中繼只采集能量。本發明相對于傳統的能量采集中繼協議，信宿接收中繼的信息功率更加穩定，能夠更好的節約能源，且具有更好地系統性能。

技術領域

本發明涉及無線通信和物理層安全領域，特別涉及一種基于能量狀態的全雙工中繼傳輸方法。

背景技術

近年來，無線網絡中能量采集技術的研究受到了廣泛關注，對于不便于大規模采用有線供能的中繼網絡，比如傳感器網絡，傳統的方法是采用電池供電，但是這種方法導致后期的網絡維護成本較高，需要定期更換電池或者給電池充電。針對傳統中繼的缺點，有學者將基于時間分配(TSR)和功率分配(PSR)的能量采集協議引入中繼，使得中繼可以采集無線射頻信號的能量，無需電池供電。但是該協議也存在如下不足：

1、由于在傳統能量采集中繼協議中，中繼的發送功率跟信源到中繼節點的信道增益密切相關，當信源到中繼的信道狀態較差時，中繼采集的能量較少，因此發送功率也相對較小，影響了系統性能的提升；

2、傳統的能量采集中繼協議要求中繼在任何時刻都參與轉發信息，即使在信宿能夠正確解碼的情況下，中繼仍然參與轉發，因此造成了能源的浪費。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種基于能量狀態的全雙工中繼傳輸方法，具體為一種恒定功率轉發信息的無源中繼，即中繼能夠采集能量并且存放在電池中，當能量大于預設閾值時，中繼才開始轉發信息；此外，當信宿能夠正確解碼信息時，中繼不再轉發信息，而是只進行能量采集；當信宿不能正確解碼信息時，全雙工中繼才采用PSR能量采集協議轉發信息。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于能量狀態的全雙工中繼傳輸方法，應用在包括信源S、中繼R和目的端D三個節點的通信系統中，所述中繼為無源節點，所述方法包括：

步驟1，信源S給信宿D發送測試導頻信號，信宿D接收測試導頻信號并計算出其信噪比；

步驟2，信宿D將其接收信噪比與其解碼所需最小信噪比進行比較；如果其接收信噪比大于最小解碼所需信噪比T，則執行步驟3，否則執行步驟4；

步驟3，信宿D給信源S反饋信號“1”，信源S與中繼R接收到信宿D發送的信號“1”后，信源S與信宿D開始通信，中繼R采集能量；

步驟4，信宿D給信源S反饋信號“0”，信源S與中繼R接收到反饋的信號“0”后，中繼R開始對自身能量進行估計，如果中繼R自身能量大于預設閾值，則執行步驟5，否則執行步驟6；

步驟5，中繼R給信源S和信宿D發送信號“10”，信源S與信宿D接收到來自中繼R的“10”信號后，信源S與信宿D開始通信，中繼R轉發信息；

步驟6，中繼R給信源S和信宿D發送信號“01”，信源S與信宿D接收到來自中繼R的“01”信號后，系統中斷通信，信源S給中繼R發送能量信號。

所述信源和信宿節點均配置單根天線，中繼節點配置兩根天線。

中繼R的工作狀態包括工作在充電狀態和工作在信息轉發狀態。

當中繼R工作在充電狀態時，中繼將接收到的信息全部用于采集能量；

由于噪聲功率相對信號功率比較小，所以在進行能量采集時忽略中繼接收到的噪聲功率；中繼在單個時隙內采集到的能量表示為：