[發明專利]SWIPT系統中無源中繼收集干擾能量來提高最優系統速率方法

有效

• 申請號: 201711343397.4
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN108039942B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 李建雄;丁學龍;趙可
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: H04L5/00
• 分類號: H04L5/00;H04W52/24;H04W52/26;H04W52/46
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• 代理人: 暫無信息

本發明涉及了SWIPT系統中無源中繼收集干擾能量來提高最優系統速率方法，屬于無線通信技術領域。中繼的傳輸方法采用基于時間分割的SWIPT技術。所述方法包括以下內容：具有無源中繼的SWIPT系統在強干擾環境下停止工作，中繼收集干擾信號的能量，然后將收集的干擾能量平均分配到下次干擾信號到來之前的通信過程中。采用最優化算法，系統實時動態地調整時隙分割系數，得到最優時隙分割系數和最優系統速率，從而降低具有無源中繼SWIPT系統的最優系統速率受干擾信號影響的程度，改善系統性能。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，涉及SWIPT系統中無源中繼收集干擾能量來提高最優系統速率方法。

背景技術

射頻信號不但攜帶要傳輸的信息，而且其自身也具有能量。在無線通信系統中，如果可以在使用射頻信號傳輸信息的同時傳輸能量，就可以很大程度上地延長無線網絡系統的使用壽命。研究射頻信號信息和能量同時傳輸的技術被稱為SWIPT技術，該項技術的研究對無線傳輸網絡的發展具有重大意義。

中繼技術可以延伸通信的覆蓋范圍、提高系統的容量以及提高用戶的服務質量。中繼作為通信系統的一個轉發節點，具有接收和轉發的功能，中繼接收機的接收策略對系統的性能有重要的影響。

信息和能量同時傳輸，關鍵在于接收機的設計，現有接收機的接收策略，主要有時間分割(TS)、功率分割(PS)以及TS和PS相結合等幾種方式。目前，在不考慮干擾的情況下，TS和PS方案都已經給出了最優策略。

無線通信系統中的干擾信號是無處不在的，過強的干擾信號使通信中斷，嚴重影響系統的性能。然而，干擾信號作為無線信號也可以被當作能量進行收集。現有的無源中繼SWIPT系統在強干擾環境下停止工作，從而導致系統速率的降低，系統性能受到很大的影響。所以，研究降低強干擾環境下系統速率受干擾信號影響程度的方法是非常有必要的。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提出SWIPT系統中無源中繼收集干擾能量來提高最優系統速率方法，該方法可以在強干擾環境下降低具有無源中繼SWIPT系統的最優系統速率受干擾信號影響的程度，改善系統的性能。

本發明的技術方案如下：

有源的發射機發射的信號x首先到達中繼，經過中繼放大轉發，中繼是無源的，依靠從射頻信號中收集的能量來轉發信號。中繼接收到的信號為：其中，h為發射機到中繼鏈路的信道增益；P為發射機的發射功率；n_A為中繼的天線噪聲，表示n_A服從均值為0、方差為的圓對稱復高斯分布。

系統在運行過程中，存在以下兩種情況：

(1)系統因強干擾信號而停止信息和能量同時傳輸工作，但是中繼進入能量收集(EH)模式，從而收集干擾能量。此時，中繼將持續時間為mT的干擾信號的能量收集并存儲，即收集干擾能量；然后平均分配到下次干擾信號到來之前的nT時間，即n個通信時隙中，T為一個時隙的時間長度。所以，中繼收集的干擾能量為：E_I＝ηmTP_I，其中，P_I為干擾功率，η表示能量轉換效率。該段干擾結束后分配到后續傳輸的每個通信時隙的能量為：E′_I＝η(m/n)P_IT＝ηξP_IT，其中，ξ＝m/n，表示干擾系數，假設0≤m≤n，則0≤ξ≤1。

(2)沒有干擾信號或者干擾信號不強時，系統正常工作。此時，中繼在一個通信時隙內從信號中收集的能量為：E_EH＝ηhPαT，其中，α為時隙分割系數，0＜α＜1。

中繼的轉發功率為：

經過中繼放大之后的信號為：