CN107172679A - 无线eh协作网络中基于最优功率控制的中继选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线EH协作网络中基于最优功率控制的中继选择方法，所述方法包括如下步骤：(1)根据中继节点收集的能量以及一个时隙中信号发送持续的时间，计算得到中继节点的发射功率。(2)根据相应公式计算得到源节点发射功率。(3)分别计算相应的信道容量。(4)选取最大信道容量对应的中继节点转发数据。本发明分别考虑了源节点和中继节点的发射功率之和受限和不受限的两种情况，以及中继链路信道容量最大时源节点和中继节点的功率控制，充分利用了中继节点收集的能量，同时不浪费源节点的发射功率，将能量收集下的功率控制和中继选择有效结合，在优选中继节点的过程中同时考虑信道容量的最大化和能量利用的最优化。

Description

无线EH协作网络中基于最优功率控制的中继选择方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及无线EH协作网络的功率控制和中继选择。

背景技术

从可再生能源如太阳能、风能、热能和射频能中获得能量的能量收集(energyharvesting,EH)技术可以驱动通信设备和网络，为实现绿色通信展现了光明的前景。传统协作网络的中继选择研究已经取得了很多成果，主要考虑的因素有信道条件、节点负荷、节点功率等因素。然而，在无线EH协作网络中，网络中的部分节点不再依赖传统电网提供电能而需要依靠自身收集能量时，中继选择问题的解决需要考虑更多的因素，例如这些节点的能量收集情况以及如何使用所收集的能量等，从而使中继选择呈现新的特点。

发明内容

鉴于无线EH协作网络中的中继选择方法成果尚不多见，本发明提供一种应用于EH环境的中继选择方法。

方案一：当源节点和任意中继节点的发射功率之和不受限情况下，主要包括如下步骤：(1)根据中继节点收集的能量以及一个时隙中信号发送持续的时间，计算得到中继节点的发射功率。(2)基于最大信道容量准则，根据相应公式计算得到源节点发射功率。(3)分别计算相应的信道容量。(4)选取最大信道容量对应的中继节点转发数据。

方案二：当源节点和任意中继节点的发射功率之和受限情况下，主要包括如下步骤：(1)根据中继节点收集的能量以及一个时隙中信号发送持续的时间，计算得到中继节点的发射功率P_i。(2)基于最大信道容量准则，根据相应公式计算得到源节点发射功率P_s,i。(3)用P_total表示源节点和中继节点的发射功率之和的总功率限制，对于i＝1、2、…、N，当P_s,i+P_i≤P_total时，根据相应公式计算相应的信道容量。当P_s,i+P_i＞P_total时，根据相应公式再计算相应的信道容量。(4)选取最大信道容量对应的中继节点转发数据。

本发明分别考虑了源节点和中继节点的发射功率之和受限和不受限的两种情况，以及中继链路信道容量最大时源节点和中继节点的功率控制，充分利用了中继节点收集的能量，同时不浪费源节点的发射功率，将能量收集下的功率控制和中继选择有效结合，在优选中继节点的过程中同时考虑信道容量的最大化和能量利用的最优化。

具体实施方式

在包括源节点、N个具有EH能力的中继节点以及目的节点的无线EH通信网络中，假设所有通信链路相互独立，源节点通过传统电网供电，中继节点通过EH技术供电，目的节点为电池供电，源节点和目的节点可以具备EH能力，也可以不具备EH能力。用h_s,i和h_i,d分别表示源节点到中继节点i链路和中继节点i到目的节点链路的信道系数，i＝1、2、…、N；h_s,d表示源节点到目的节点直接链路的信道系数。

一次协作过程包括两个时隙，在第一个时隙，源节点发射数据，中继节点和目的节点接收数据，在第二个时隙，通过中继选择方法选出的中继节点转发数据，目的节点接收数据，源节点与目的节点之间存在有效的直接链路时目的节点还需要对接收数据进行合并处理。此外，假设源节点到中继节点链路的信道条件总是优于源节点到目的节点直接链路的信道条件，一个时隙中发送的符号数为m个，一个符号持续的时间为T_s，则一个时隙中信号发送持续的时间为T_p＝m·T_s，中继选择时刻第i个中继节点拥有的能量为E_i。

方案一：源节点和任意中继节点的发射功率之和不受限情况下的中继选择方法，主要包括了如下步骤：

步骤1：根据中继选择时刻第i个中继节点拥有的能量E_i以及一个时隙中信号发送持续的时间T_p，计算得到中继节点i的发射功率P_i＝E_i/T_p；定义各个中继节点的最大发射功率为P_max，取P_i ^o＝min(P_max，P_i)，其中min(A，B)表示A和B中选择较小的值。

步骤2：基于最大信道容量准则，计算得到当中继节点i的发射功率为P_i时的源节点发射功率P_s,i＝P_i ^o·|h_i,d|²/(|h_s,i|²-|h_s,d|²)。定义源节点的最大发射功率为P_s,max,

步骤3：对于i＝1、2、…、N，分别计算得到相应的信道容量

步骤4：选取中继节点转发数据，其中表示获取当i分别为1、2、…、N时C_i中的最大值对应的i的运算。

方案二：源节点和任意中继节点的发射功率之和受限情况下的中继选择方法，主要包括了如下步骤：

步骤1：根据中继选择时刻第i个中继节点拥有的能量E_i以及一个时隙中信号发送持续的时间T_p，计算得到中继节点i的发射功率P_i＝E_i/T_p。

步骤2：基于最大信道容量准则，计算得到当中继节点i的发射功率为P_i时的源节点发射功率P_s,i＝P_i·|h_i,d|²/(|h_s,i|²-|h_s,d|²)。

步骤3：用P_total表示源节点和中继节点的发射功率之和的总功率限制，对于i＝1、2、…、N，定义源节点的最大发射功率为P_s,max，中继节点的最大发射功率为P_max。当P_s,i+P_i≤P_total时，计算得到相应的信道容量当P_s,i+P_i＞P_total时，需要更新P_i为P_i′，以及更新P_s,i为P′_s,i， 计算得到相应的信道容量：

步骤4：选取中继节点转发数据，其中表示获取当i分别为1、2、…、N时C_i中的最大值对应的i的运算。

Claims (2)

1.一种无线EH协作网络中基于最优功率控制的中继选择方法，当所述无线EH协作网络中的源节点和中继节点i的发射功率之和不受限情况下，i＝1、2、…、N，N是具有EH能力的中继节点数量，所述中继选择方法包括如下步骤：

(1)根据中继选择时刻第i个中继节点拥有的能量E_i以及一个时隙中信号发送持续的时间T_p，计算得到中继节点i的发射功率P_i＝E_i/T_p；定义中继节点的最大发射功率为P_max，取P_i ^o＝min(P_max，P_i)；

(2)根据数学式P_s,i＝P_i ^o·|h_i,d|²/(|h_s,i|²-|h_s,d|²)，计算得到源节点发射功率P_s,i；定义源节点的最大发射功率为P_s,max,取其中：h_s,i表示源节点到中继节点i链路的信道系数，h_i,d表示中继节点i到目的节点链路的信道系数，h_s,d表示源节点到目的节点直接链路的信道系数；

(3)根据数学式计算得到相应的信道容量C_i；

(4)选取中继节点转发数据，其中表示获取当i分别为1、2、…、N时C_i中的最大值对应的i的运算。

2.一种无线EH协作网络中基于最优功率控制的中继选择方法，当所述无线EH协作网络中的源节点和中继节点i的发射功率之和受限情况下，i＝1、2、…、N，N是具有EH能力的中继节点数量，所述中继选择方法包括如下步骤：

(1)根据中继选择时刻第i个中继节点拥有的能量E_i以及一个时隙中信号发送持续的时间T_p，计算得到中继节点i的发射功率P_i＝E_i/T_p；

(2)根据数学式P_s,i＝P_i·|h_i,d|²/(|h_s,i|²-|h_s,d|²)，计算得到源节点发射功率P_s,i；其中：h_s,i表示源节点到中继节点i链路的信道系数，h_i,d表示中继节点i到目的节点链路的信道系数，h_s,d表示源节点到目的节点直接链路的信道系数；

(3)用P_total表示源节点和中继节点的发射功率之和的总功率限制；定义源节点的最大发射功率为P_s,max，中继节点的最大发射功率为P_max；当P_s,i+P_i≤P_total时，取取根据数学式：

计算得到相应的信道容量C_i；当P_s,i+P_i＞P_total时，

取取根据数学式：计算得到相应的信道容量C_i；

(4)选取中继节点转发数据，其中表示获取当i分别为1、2、…、N时C_i中的最大值对应的i的运算。