[發明專利]能量傳輸全雙工中繼進行中繼選擇與發送功率分配方法

有效

• 申請號: 201811068539.5
• 申請日: 2018-09-13
• 公開（公告）號: CN109302250B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 廖學文;劉彤;高貞貞;李喬
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04B17/309
• 分類號: H04B17/309;H04B17/336;H04B17/382;H04B17/40;H04L5/14;H04W40/10;H04W40/16;H04W72/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

能量傳輸全雙工中繼進行中繼選擇與發送功率分配方法，其傳輸過程包括兩個階段，第一階段由源節點向中繼節點發送信息，第二階段中繼節點工作在全雙工模式，源節點向中繼節點發送能量并同時向目的節點放大轉發信息，此時，工作在全雙工模式下的中繼節點將自干擾視為節點額外的能量捕獲來源，通過中繼節點本身的發送天線和接收天線之間的信道，進行能量捕獲利用。根據已知的多個中繼不同前后向信道條件，利用與不同信道狀態信息以及源節點和中繼節點發送功率有關的目的節點容量公式，選擇多個中繼中使系統容量達到最大的最優中繼，本發明還通過對第一階段和第二階段源節點S發送第一功率第二功率的分配參數進行優化，進一步提高系統的性能。

技術領域

本發明涉及協作通信中繼無線能量傳輸領域，具體為一種能量傳輸全雙工中繼進行中繼選擇與發送功率分配方法。

背景技術

近年來，移動通信技術和互聯網技術快速發展，智能移動終端的廣泛普及，傳統持續供電的通信網絡，隨著網絡流量的增加，能源消耗將急劇增加。在傳統的能量受限的無線通信網絡中，網絡節點通常依靠固定電池供電，缺乏穩定、持續的能量來源，為了維持網絡的運作，需要周期性的置換或重新充電，存在替換電池不便，成本過高或者部署危險等問題。為了給無線通信網絡設備的運作提供持續的能量，無線能量傳輸技術(Wireless PowerTransfer,WPT)獲得了廣泛研究并取得了顯著進展。與此同時，協作中繼系統經過多年發展，由最開始簡單的三節點模型逐步拓展到更貼近實際應用場景的復雜系統。中繼工作的模式有半雙工和全雙工，半雙工模式為同一節點上的信號收發需要在不同的時間或頻點上進行，而中繼全雙工技術可以實現中繼同頻同時信號收發。為了進一步提高系統的空間分集和復用增益，研究人員還將系統的空時信號處理技術擴展到協作中繼系統中，從而提出了多種新的中繼增強型技術，主要包括：中繼選擇(Relay Selection，RS)、分布式空時編碼以及分布式波束成形(Distributed Beamforming)。對WPT網絡中數據傳輸性能的優化以及無線能量傳輸技術的發展，為有持續用電需求的協作中繼網絡提供了新的方向。

為了進一步提高系統的頻譜效率和能量效率、降低網絡的能量消耗，關于無線能量傳輸技術與中繼增強型技術中繼選擇結合的研究十分廣泛。Medepally B等人在多中繼協作無線網絡中，選擇具有達到信息傳輸能量要求的能量節點作為機會中繼，分別分析了能量受限和能量不受限情況下的中繼系統的符號錯誤率；DiomidisS.Michalopoulos等人在不完美信道狀態信息的信能同傳多中繼場景下，提出了最優以及兩種次優的中繼選擇方案，分析了信息傳輸和能量傳輸之間的均衡問題；Sumit Gautam等人系統的分析了放大轉發中繼不同接收機結構(time switching(TS)，power switching(PS))下，最優的中繼選擇以及資源分配問題，在不同的約束條件下分別最大化網絡全局速率和捕獲能量。DexinWang等人主要研究了在半雙工信能同傳中繼網絡中，分別以最大化吞吐量和最小化中斷概率為目標進行單中繼和多中繼選擇問題，同時也得到了PS策略下功率分配因子的數學表示。現有研究中繼選擇系統的研究主要集中在中繼節點工作在半雙工模式，對于全雙工中繼節點，由于其在接收信號時，收到來自自身同時的發送信號干擾，所以克服自干擾是全雙工技術的主要研究難點。目前大量的研究工作已經在自干擾消除技術方面取得了很大進展，但是，自干擾的影響并不能完全消除。然而，從能量捕獲的觀點來看，全雙工中繼節點的自干擾可以作為中繼節點額外的能量捕獲來源，從而進一步提高系統性能。

目前，關于自干擾作為額外能量來源的全雙工中繼能量傳輸系統的研究較少。Yong Zeng等人首先在三節點多輸入單輸出系統中，提出了全雙工中繼可將自干擾信號通過中繼信道進行能量捕獲的方案，通過優化波束形成向量，最大化網絡吞吐量；IgbafeOrikumhi等人在信能同傳譯碼轉發全雙工中繼的多輸入多輸出系統中，將中繼的自干擾作為額外的能量來源，分析了系統的平均速率以及能量效率，同時，文章中還研究了中繼位置對于系統性能提高的影響，得出了中繼距離源節點越近系統性能越好的結論。根據調研，目前還沒有針對在能量傳輸網絡中，利用全雙工中繼的干擾信號作為額外能量來源，進行中繼選擇的研究和探討。