[發明專利]基于OFDM解碼轉發協作中繼系統的無線攜能通信方法

有效

• 申請號: 201911103659.9
• 申請日: 2019-11-13
• 公開（公告）號: CN110830407B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 劉鑫;劉雪瑩;張雪研;趙楠;鄒德岳
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04W28/16;H04W52/46;H04W72/04
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

一種基于OFDM解碼轉發協作中繼系統的無線攜能通信方法，屬于協作通信領域。該方法基于中繼解碼轉發系統模型實現，包括源節點S、中繼節點R、源節點的目的節點D1以及中繼節點的目的節點D2。通信過程包括兩個時隙，在第一個時隙中，源節點S向外廣播信息；中繼R將一部分子載波用于信息解碼，另一部分子載波用于能量采集。在第二時隙，首先進行子載波的配對，將每個子載波分配好。中繼R利用第一時隙收集的能量以及配好對的子載波將源節點S的信息轉發到目的節點D1。同時中繼節點R也利用剩余部分子載波傳輸自身的信息到自身的目的節點D2。本發明將協作中繼技術與無線攜能通信技術進行結合，提高傳輸系統的能量效率和頻譜效率，提高系統整體性能。

技術領域

本發明屬于協作通信領域，涉及一種基于OFDM解碼轉發協作中繼的無線攜能通信技術。

背景技術

OFDM是正交頻分復用系統，它在無線通信系統中具有非常重要的地位。在無線信息傳輸中，頻譜資源非常珍貴。無線電信號以電波作為載體，并且要使用相同的頻率進行通信。如果我們同時要進行多個通信，那么就需要有很多不同的頻率使各個通信不互相打擾。OFDM的大致原理是當高速的信息流經過時，把他們分成很多低速的信息流，然后再把這些低速信息分配到不同的子信道中傳播，當接收機接收到這些信息以后，再把它們合并成為高速度的信息流。在這個系統中，子載波是相互正交的。由于系統的這一特性使得子載波得到充分的利用，也能夠提高頻帶利用率。

在傳統的無線通信中，無線電波的射頻(RF)能量以熱能的形式耗散，導致大量的能量消耗。無線攜能通信是一種新型的無線通信范例。與傳統無線通信不同的是，無線攜能通信在傳播無線信號的同時能夠攜帶能量，所以它可以在傳遞信息的同時給無線裝備供電。能量信號在進入安裝了轉換器的無線設備以后，將采集到的能量轉化為電能儲存到設備中，這些電能能夠供應自身電量的消耗并且同時承擔轉換設備所需要的能量。無線攜能通信方法大大減少了無線設備所需成本，同時避免了每隔一段時間就要更換電池的工作。無線攜能通信方法的兩個模型是功率分配(PS)和時間切換(TS)。TS在接收器的不同時隙內實現能量收集和信息解碼，PS將接收到的信號分成兩個功率流，一個用于能量收集，另一個用于信息解碼。

協作通信是通過部署中繼將源節點的信息轉發到遠程或衰落區域中的目的節點，協作通信可以提高無線通信的可靠性，容量和覆蓋范圍。它可以通過使用空間復用來提高分集增益來提高傳輸性能。它的協作模式主要可以分為放大轉發(AF)模式和解碼轉發(DF)模式。AF模式中中繼線性放大源節點信號，并將其發送到目的節點而不進行解碼，DF則需要正確地解碼源節點的信號，然后將重新編碼的信號發送到目的節點。

現有的協作通信技術存在如下缺陷：

(1)在協作中繼系統中，中繼只是幫助轉發源節點的信息，并沒有考慮到中繼節點自身的信息傳輸；

(2)在協作通信中，中繼幫助源節點轉發信息消耗部分能量，而這部分能量原本應該用于中繼自身的信息傳輸。這樣會導致中繼節點的能量效率很低；

(3)TS由于需要準確的劃分時隙，所以要求精確的時間同步，而這會增加算法的復雜性。由于PS會降低協作系統的信噪比，所以會導致系統的解碼能力較差。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種考慮中繼自身信息傳輸的通信方法。該通信方法中將協作中繼技術與無線攜能通信技術進行結合，使無線攜能通信可以應用在低成本、低復雜度的無線傳感器網絡中，同時也能夠進一步提高頻譜效率和能量效率。采用解碼轉發的協作方式，對子載波和功率進行聯合分配，保證中繼節點在不犧牲任何代價的情況下轉發源節點信息。同時，中繼節點也能夠傳遞自身的信息到目的節點。這種方法提高了傳輸系統的能量效率和頻譜效率，使得系統整體性能提高。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案具體為：