[發明專利]一種基于OFDM中繼解碼轉發的無線攜能通信方法

在審

• 申請號: 201710645930.6
• 申請日: 2017-08-01
• 公開（公告）號: CN107612604A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 盧為黨;王智霞;盧方偉;彭宏;吳佳穎
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: H04B7/155
• 分類號: H04B7/155;H04W84/18;H02J50/20
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司33241
• 代理人: 王利強

技術領域

本發明屬于無線傳感器通信領域中的無線攜能通信技術領域，尤其是一種攜能通信方法。

背景技術

無線傳感器網絡以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點廣泛應用于各個領域，傳統的無線傳感器網絡采用儲能有限的電池進行供電，無法長時間工作。所以能量收集技術應運而生，該技術能夠從周圍環境中收集能量，可以有效延長無線傳感器網絡的壽命。無線攜能通信技術是無線信息傳輸技術和能量收集技術相結合的產物，通過接收周圍環境中的射頻信號，在獲取信息的同時可以收集能量，不僅實現了高效可靠信息通信，而且充分利用了寶貴的能量資源。

現有的無線攜能通信技術主要基于兩種方法：功率分配方法和時間轉換方法。在功率分配方法中，接收端利用一部分接收到的功率進行信息解碼，利用剩余的功率進行能量接收。在時間轉換方法中，接收端在一個時隙中利用全部接收到的功率進行信息解碼、另一個時隙進行能量接收。這兩種方法中，接收端需要增加一個分配器來進行信息解碼和能量接收，為無線攜能通信技術增加了設計復雜度和成本，且能量收集效率和頻譜利用率較低。

發明內容

為了克服現有無線傳感器網絡中無線攜能通信方法接收端設計復雜度高、能量收集效率和頻譜利用率較低的問題，為了提高能量收集效率和頻譜利用率，本發明提供一種有效降低傳感器接收端設計復雜度且提高效率的基于OFDM中繼解碼轉發的無線攜能通信方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于OFDM中繼解碼轉發的無線攜能通信方法，無線攜能通信系統由一個源節點S，一個目的節點D和一個中繼節點R組成，S→R鏈路和R→D鏈路的整個帶寬都被分成K個子載波，傳輸時間分為兩個均等時隙，所述無線傳感器網絡中基于OFDM中繼解碼轉發的的無線攜能通信方法包括以下步驟：

1)源節點廣播信號給中繼節點和目的節點，中繼節點用一部分子載波進行信息解碼，用剩余部分子載波進行能量收集；

2)中繼節點利用收集到的能量中繼轉發信息給目的節點；

中繼節點的子載波和功率聯合分配問題建模為：

滿足以下條件

其中，p₁＝{p_k,q_k}，p₂＝{p_k'}，和分別表示用于接收信息和收集能量的子載波集合，p_k和q_k分別表示子載波k在S→R鏈路上用于接收信息和收集能量的功率，p_k'表示子載波k'在R→D鏈路上用于接收信息的功率，R表示目的節點經過兩個時隙傳輸后獲得的速率，R₁和R₂分別表示第一時隙中繼節點接收到來自源節點的速率和第二時隙目的節點接收到來自中繼節點的速率，P表示源節點總發射功率，h_k表示子載波k在S→R鏈路上的信道增益，表示子載波k在中繼節點上接收源節點信號的信道噪聲方差；

通過拉格朗日對偶分解方法獲得上述的最優子載波和功率分配：

其中，β₁，β₂，β₃和β₄表示拉格朗日乘子，P_max和P_min表示在每個子載波k上的最大和最小功率限制，g_k'表示子載波k'在R→D鏈路上的信道增益，表示子載波k'在目的節點上接收中繼點信號的信道噪聲方差，

進一步，所述步驟1)中，中繼節點接收到來自源節點的速率表示為：

中繼節點接收到的能量表示為：

其中ζ表示能量轉換效率。

再進一步，所述步驟2)中，目的節點接收到來自中繼節點的速率可以表示為

目的節點經過兩個時隙傳輸后獲得的速率表示為：

R＝min(R₁,R₂) (11)。