[發明專利]一種優化發射功率的全雙工協作回傳方法

在審

• 申請號: 202210156709.5
• 申請日: 2022-02-21
• 公開（公告）號: CN114567921A
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 卜智勇;瞿卿;周斌
• 申請（專利權）人: 上海瀚訊信息技術股份有限公司
• 主分類號: H04W52/14
• 分類號: H04W52/14;H04W52/24;H04W84/18
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 楊怡清

本發明涉及一種優化發射功率的全雙工協作回傳方法，包括：構建全雙工協作通信系統；全雙工協作通信系統包括若干信源節點和一個目的節點，且采用OFDM調制，將每個信源節點的總帶寬劃分為若干互相重疊的子載波；采用全雙工空時碼矩陣遞推設計方法，構造所有信源節點的空時碼碼字矩陣；獲取所述空時碼碼字矩陣中各數據符號的接收信噪比；確定分配給各數據符號的發射功率；將各信源節點自身待發送的數據在不同子載波上映射為不同的數據符號；各信源節點在不同子載波上以不同的數據符號按照空時編碼進行協作通信。本發明實現無線傳感器網絡的傳輸距離最大化，能夠有效降低網絡的功耗，延長網絡的生命周期，確保網絡中節點間的能量損耗基本同步。

技術領域

本發明涉及信息技術領域，更具體地涉及一種優化發射功率的全雙工協作回傳方法。

背景技術

隨著信息化時代的不斷發展，無線傳感器網絡在物聯網中的應用越來越廣泛。無線傳感器網絡模型如圖1所示，若干個小型傳感器節點部署在監測區域中收集數據信息，并通過無線鏈路傳輸給目的節點。

受設計成本、硬件和體積等的限制，無線傳感器網絡中的傳感器節點通常采用電池或太陽能供電，因此傳感器節點的能量有限。為了盡可能延長整個無線傳感器網絡的生命周期，需要考慮節能的問題，實現網絡內各傳感器節點的發射功率最小化。并且，鑒于每個傳感器節點都是獨立設置、單獨供電的，因此還需要考慮網絡節點間能量消耗的公平性，即每個傳感器節點的能量損耗盡量均勻，或者說能量消耗速率基本同步，避免某些關鍵節點能量提前耗盡，影響網絡整體的性能，甚至導致網絡無法運行。另外，無線傳感器網絡的主要功能是傳感器節點對網絡覆蓋區域內被感知對象的信息進行監測，然后將采集到的數據傳輸到基站進行處理和分析。因此無線傳感器網絡的傳輸距離也是網絡的重要指標之一。而傳感器尺寸規模和節能的需求大大限制了無線傳感器網絡的傳輸距離。因此需要在發射總功率固定的前提下，考慮實現網絡傳輸距離的最大化。

目前，在無線傳感器網絡中采用協作通信技術，利用無線信道的廣播特性，通過分布式傳輸和信息處理，使各通信節點間相互協作。通過節點間共享信息的方式，實現虛擬MIMO系統的效果，使單天線的節點具有MIMO系統的性能增益，抵抗多徑衰落。

在協作通信中，通信節點主要有兩種工作模式：半雙工模式和全雙工模式。全雙工模式能夠在相同的頻率資源、相同的時隙上同時發送和接收無線信號，使用全部的資源來傳輸信息。相較于半雙工模式，全雙工模式理論上可以提高一倍的遍歷容量，并且大大降低端到端的傳輸時延。

空時編碼(Space Time Coding，STC)是MIMO系統中的關鍵技術之一，在時間和空間兩個維度上對信號進行編碼，利用空間和時間上的冗余度來獲得分集增益，從而提高抗衰落能力。Laneman等人提出分布式空時編碼(DSTC)的概念，將空時編碼擴展到由多個獨立通信節點構成的協作通信系統中，結合空時編碼和協作分集技術的優勢，使通信系統獲得協作分集增益，有效提高系統的頻譜效率。

在空時編碼中，正交空時分組編碼(Orthogonal Spatial Time Block Code，OSTBC)根據碼字的正交設計原理來構造空時碼，具有簡單譯碼和滿分集增益的優勢。全雙工模式下，在協作通信系統中采用OSTBC可以獲得分集增益。然而，目前在全雙工協作通信系統中關于空時編碼的研究大多是基于雙源節點場景的Alamouti編碼方案。

專利CN113765625A公開了一種支持任意個數節點協同的全雙工空時碼矩陣遞推設計，根據N-1節點的正交空時分組編碼矩陣遞推得到N節點的正交空時分組編碼矩陣，從而可以設計任意個數節點協同的全雙工正交空時分組編碼矩陣。其中的可選步驟“添加若干新行提升分集增益”通過添加新的行確保各符號的滿分集增益，但是降低了編碼速率。如果不進行這一步驟，得到的碼字矩陣仍然滿足空時碼的正交性和簡單譯碼等特點，但各符號的分集增益各不相同，達不到滿分集增益，符號間存在誤碼率差異。