[發(fā)明專利]基于PS策略的SWIPT雙向傳輸中繼系統(tǒng)中限制延時(shí)傳輸方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010939429.2
• 申請(qǐng)日: 2020-09-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112073093A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李建雄;張宏宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B7/026
• 分類號(hào): H04B7/026;H04B5/00;H04W72/04;H04W72/08;H04W52/26;H04W52/42;H04W52/46
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了基于PS策略的SWIPT雙向傳輸中繼系統(tǒng)中限制延時(shí)傳輸方法。信能同傳(SWIPT)雙向傳輸中繼系統(tǒng)包括兩個(gè)有源的源節(jié)點(diǎn)和一個(gè)無(wú)源的中繼節(jié)點(diǎn)。中繼節(jié)點(diǎn)具有射頻能量收集能力，并且采用功率分割(PS)策略。整個(gè)通信信道為準(zhǔn)靜態(tài)瑞利衰減信道。SWIPT雙向傳輸中繼系統(tǒng)采用限制延時(shí)中繼(LDR)策略，LDR策略是指在接收端節(jié)點(diǎn)和發(fā)送端節(jié)點(diǎn)必須保證嚴(yán)格的時(shí)間同步，如果單條信道的信道增益不能滿足通信條件，那么整個(gè)通信系統(tǒng)的通信都中斷。通過(guò)理論推導(dǎo)，得到實(shí)際最大吞吐量與功率分割系數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。以實(shí)際最大吞吐量的最優(yōu)為目標(biāo)建立優(yōu)化問(wèn)題，采用最優(yōu)化算法，得到最優(yōu)的功率分割系數(shù)和最優(yōu)的實(shí)際最大吞吐量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于PS策略的SWIPT雙向傳輸中繼系統(tǒng)中限制延時(shí)傳輸方法。

背景技術(shù)

射頻信號(hào)不但攜帶要傳輸?shù)男畔ⅲ移渥陨硪簿哂心芰?。在無(wú)線通信系統(tǒng)中，如果可以在使用射頻信號(hào)傳輸信息的同時(shí)傳輸能量，就可以很大程度上地延長(zhǎng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的使用壽命。射頻信號(hào)信息和能量同時(shí)傳輸?shù)募夹g(shù)被稱為信能同傳技術(shù)，也被稱為SWIPT(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer)技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)的研究對(duì)無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展具有重大意義。

信息和能量同時(shí)傳輸，關(guān)鍵在于接收機(jī)的設(shè)計(jì)，現(xiàn)有接收機(jī)的接收策略，主要有時(shí)間分割(TS)、功率分割(PS)以及TS和PS相結(jié)合等幾種方式。

SWIPT技術(shù)可以有效提升網(wǎng)絡(luò)的頻譜利用率、減小延遲、降低功耗，因此，不少學(xué)者考慮將SWIPT技術(shù)應(yīng)用于中繼通信系統(tǒng)。單向中繼傳輸過(guò)程中，可以增加網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)木嚯x，但是需要以耗費(fèi)更多的時(shí)間資源作為代價(jià)，雙向中繼傳輸方式就可以很好地解決這個(gè)弊端?，F(xiàn)有的SWIPT雙向傳輸系統(tǒng)中大部分對(duì)最大吞吐量的研究都是偏向于理想化，本發(fā)明公開(kāi)了基于PS策略的SWIPT雙向傳輸中繼系統(tǒng)中限制延時(shí)傳輸方法，其中，無(wú)源中繼采用PS接收策略。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明公開(kāi)基于PS策略的SWIPT雙向傳輸中繼系統(tǒng)中限制延時(shí)傳輸方法。本發(fā)明考慮基于功率分割(PS)策略的SWIPT雙向傳輸中繼系統(tǒng)，其中，兩個(gè)源節(jié)點(diǎn)為有源，中繼節(jié)點(diǎn)為無(wú)源，結(jié)構(gòu)框圖在圖1中給出。

如圖1所示，兩個(gè)有源的源節(jié)點(diǎn)相互傳輸信息，但是兩個(gè)源節(jié)點(diǎn)之間不能直接進(jìn)行通信，信號(hào)必須經(jīng)過(guò)中間的無(wú)源、但是具有射頻能量收集能力的中繼節(jié)點(diǎn)才能到達(dá)另一個(gè)源節(jié)點(diǎn)。因此，中繼節(jié)點(diǎn)在整個(gè)通信過(guò)程中不僅需要對(duì)兩邊的源節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，還要從其中的一個(gè)源節(jié)點(diǎn)所發(fā)射的射頻信號(hào)中獲取能量，來(lái)保證整個(gè)通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行。整個(gè)通信系統(tǒng)采用限制延時(shí)中繼(LDR)策略。LDR策略是指在接收端節(jié)點(diǎn)和發(fā)送端節(jié)點(diǎn)必須保證嚴(yán)格的時(shí)間同步，也就是接收速率要一直與發(fā)送速率相等，如果單條信道的信道增益不能滿足通信條件，那么整個(gè)通信系統(tǒng)的通信都中斷。

如圖1所示，在基于PS策略的SWIPT雙向傳輸中繼模型中，包括兩個(gè)有源的源節(jié)點(diǎn)U₁、U₂和一個(gè)能源受限的中繼節(jié)點(diǎn)h表示源節(jié)點(diǎn)U₁與中繼節(jié)點(diǎn)之間的信道增益，g表示源節(jié)點(diǎn)U₂與中繼節(jié)點(diǎn)之間的信道增益，P₁表示源節(jié)點(diǎn)U₁的發(fā)射功率，P₂表示源節(jié)點(diǎn)U₂的發(fā)射功率。ρ表示在中繼節(jié)點(diǎn)收集能量的功率分割系數(shù)，ρ∈[0，1]，無(wú)源的中繼節(jié)點(diǎn)以的比例將接收的電磁波信號(hào)分別送入能量收集模塊(EH)和信息處理模塊(IT)，即分別用于獲取所需能量和接收信息。