CN104780601B - 多中继信能同传网络中的迭代动态功率分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多中继信能同传网络中的迭代动态功率分离方法，包括：1)中继节点进行信道估计；2)源节点以固定功率向中继节点发送信号，中继节点根据当前的信道信息动态调整分配给能量接收与信息传输的功率分离比率，得能量接收与信息传输的功率分离比率及；3)中继节点以能量接收与信息传输的功率分离比率及进行能量的接收及信号的转发；4)目的节点对中继节点转发的信号进行信息检测。本发明实现多中继信能同传网络中根据信道信息动态调整分配给能量接收及信息传输的功率分离比率，从而获得较好的传输性能。

Description

多中继信能同传网络中的迭代动态功率分离方法

技术领域

本发明属于无线中继网络的信能同传技术领域，具体涉及多中继信能同传网络中的迭代动态功率分离方法。

背景技术

在无线通信系统中，中继协作通信利用分布式单天线终端可以获得空间分集，大大提高系统的传输性能。然而，现如今的无线网络中，传感器或节点往往配有电池，由于更换电池有时会比较困难，使得无线网络的使用寿命受到限制。从自然环境，如太阳能、风能等收集能量提供了新的能源供应方式。除了此之外，无线电波既能携带能量，也能携带信息，近来从无线射频信号中收集能量也吸引了越来越多的注意，这是因为该方式收集能量易于控制。无线信能同传系统将实现无线能量和信息的同时传输，其对无线传感器网络意义重大。通过周围环境中的无线电信号收集能量能平衡网络能量的分布，大大延长使用寿命。

信息和能量的同时传输，主要有TS(time switching)和PS(power splitting)两种接收方法。基于这两种接收方法，无线信能同传中继网络主要有两种协议，TSR(TS-basedrelaying)和PSR(PS-based relaying)。目前，单中继的TSR和PSR协议已经得到研究，多中继网络也已经有了初步研究，现有技术一般采用固定功率分离比率，从而不能有效的得到调整无线信能同传中继网络中的功率分离比率，因此信号的传输性能大大降低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种多中继信能同传网络中的迭代动态功率分离方法，该方法实现多中继网络中各中继节点动态调整分配给能量接收的功率分离比率及信息传输的功率分离比率，从而获得更优的传输性能。

为达到上述目的，本发明所述的多中继信能同传网络中的迭代动态功率分离方法包括以下步骤：

1)对各中继节点进行信道估计，得信道信息；

2)源节点以固定功率向各中继节点发送信号，各中继节点配备的功率分离器根据当前的信道信息动态调整分配给能量接收的功率分离比率及信息传输的功率分离比率，得能量接收的功率分离比率及信息传输的功率分离比率；

3)各中继节点接收源节点发送的信号，能量接收机根据能量接收的功率分离比率进行能量的接收；信息接收机根据信息传输的功率分离比率进行信号的接收，并对接收到的信号进行归一化，再利用接收到的能量对归一化的信号进行放大及相位调整，然后将相位调整后的信号转发至目的节点中，其中，相位调整变量θ_i＝-arg h_i-arg g_i，h_i为源节点到第i个中继节点的信道系数，g_i为第i个中继节点到目的节点的信道系数，i＝1,2,…,N，j＝1,2,…,N，i≠j，且N为中继节点的个数；

4)目的节点对中继节点转发的信号进行信息检测。

第i个中继节点能量接收功率分离比率及信息传输的功率分离比率分别为ρ_i及1-ρ_i。

第i个中继节点能量接收功率分离比率ρ_i的获取方法为：

1a)设ρ＝[ρ₁,ρ₂,...,ρ_N]，设ρ_i的初始值为0.5；

2a)通过迭代算法对于每个中继逐个进行迭代，得到当前的功率分离比率ρ_i。

步骤2a)的具体过程为：第i个中继当前的功率分离比率ρ_i计算方式为：

用牛顿法求出多项式方程f(x)＝ax⁵+bx⁴+cx³+dx²+ex+f＝0在0到1之间的实数根x，则ρ_i＝x²。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的多中继信能同传网络中的迭代动态功率分离方法在进行信号传输过程中，通过对各中继节点进行信道估计得信道信息，然后根据当前的信道信息计算得到各中继节点动态调整分配给能量接收的功率分离比率与信息传输的功率分离比率，实现多中继网络中各中继节点分配给能量接收的功率分离比率及信息传输的功率分离比率的动态调整，与固定功率分离比率策略相对，本发明的信息传输性能更加的优异，操作简单、方便。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为无线信能同传中继网络系统模型；

图3为无线信能同传中继网络系统模型中中继节点的结构示意图；

图4为本发明与现有技术的中断性能比较图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1、图2及图3，本发明所述的多中继信能同传网络中的迭代动态功率分离方法包括以下步骤：

1)对各中继节点进行信道估计，得信道信息；

2)源节点以固定功率P向中继节点发送信号s，第i个中继节点接收到的信号为h_i为源节点到第i个中继节点的信道系数，为第i个中继节点处的天线噪声，其功率为根据当前的信道信息动态调整分配给能量接收的功率分离比率与信息传输的功率分离比率，得能量接收的功率分离比率ρ_i及信息传输的功率分离比率1-ρ_i；

4)目的节点处接收到信号为n_d为目的节点处的噪声，其功率为然后对接收到的信号进行信息检测。

目的节点处的信噪比为γ(ρ)为：

以下迭代算法求得各中继的功率分离比率：

1a)设ρ＝[ρ₁,ρ₂,...,ρ_N]，设ρ_i的初始值为0.5；

2a)通过迭代算法对于每个中继逐个进行迭代，得到当前的功率分离比率ρ_i。

对于第i个中继，当前的功率分离比率ρ_i计算方式为：

用牛顿法求出多项式方程f(x)＝ax⁵+bx⁴+cx³+dx²+ex+f＝0在0到1之间的实数根x，则ρ_i＝x²。

为验证本发明的性能，进行如下仿真：

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (1)

1.一种多中继信能同传网络中的迭代动态功率分离方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对各中继节点进行信道估计，得信道信息；

2)源节点以固定功率向各中继节点发送信号，各中继节点配备的功率分离器根据当前的信道信息动态调整分配给能量接收的功率分离比率及信息传输的功率分离比率，得能量接收的功率分离比率及信息传输的功率分离比率；

3)各中继节点接收源节点发送的信号，能量接收机根据能量接收的功率分离比率进行能量的接收；信息接收机根据信息传输的功率分离比率进行信号的接收，并对接收到的信号进行归一化，再利用接收到的能量对归一化的信号进行放大及相位调整，然后将相位调整后的信号转发至目的节点中，其中，相位调整变量θ_i＝-argh_i-argg_i，h_i为源节点到第i个中继节点的信道系数，g_i为第i个中继节点到目的节点的信道系数，i＝1,2,…,N，且N为中继节点的个数；

4)目的节点对中继节点转发的信号进行信息检测；

第i个中继节点能量接收功率分离比率及信息传输的功率分离比率分别为ρ_i及1-ρ_i；

第i个中继节点能量接收功率分离比率ρ_i的获取方法为：

1a)设ρ＝[ρ₁,ρ₂,...,ρ_N]，设ρ_i的初始值为0.5；

2a)通过迭代算法对于每个中继逐个进行迭代，得到当前的功率分离比率ρ_i；

步骤2a)的具体过程为：第i个中继当前的功率分离比率ρ_i计算方式为：

令x为多项式方程f(x)＝ax⁵+bx⁴+cx³+dx²+ex+f＝0在0到1之间的实数根，其中， η为能量转换效率，为第i个中继节点处的天线噪声功率，为第i个中继节点处的信号处理噪声功率，为目的节点处的噪声功率；h_j为源节点到第j个中继节点的信道系数，g_j为第j个中继节点到目的节点的信道系数，为第j个中继节点处的天线噪声功率，ρ_j为第j个中继节点能量接收功率分离比率；

用牛顿法求出多项式方程f(x)＝ax⁵+bx⁴+cx³+dx²+ex+f＝0在0到1之间的实数根x，则ρ_i＝x²。