CN111404585A - 一种基于瞬时信道状态信息估计的能量缓存传输协议 - Google Patents

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Abstract

基于瞬时信道状态信息估计的能量缓存传输协议应用于移动互联网和物联网，以及适用于短距离通信的无线个人局域网，无线体域网。其特征：技术方案包括：设置“源‑中继‑目的”双跳中继系统模型、“源‑中继‑目的”双跳中继系统模型中信号传输格式、链路选择协议、实施流程。效果：具有更优的误码率性能，增加3dB‑5dB的增益，同时也是更符合实际情况下的各种环境复杂的通信场景。

Description

一种基于瞬时信道状态信息估计的能量缓存传输协议
技术领域
本发明属于通信技术领域，特别涉及一种基于瞬时信道状态信息估计的能量缓存传输协议。应用于移动互联网和物联以及适用于短距离通信的无线个人局域网、无线体域网。
背景技术
协作通信是一种无线通信中能够有效提高分集增益、扩大覆盖范围，改善边缘用户通信质量的通信技术。网络中的每个中继节点可以利用无线通信的广播特性相互协作进行信息传输。传统的协作通信是基于时分多址接入的，在发送时隙，源节点发送信息给中继节点，中继节点接收；在接收时隙，中继节点发送接收的信号到目的节点，目的节点接收该信号。这种传输模式并不能充分发挥中继节点的优势，因为中继处的接收和发送过程必须是连续的，任意一条传输链路发生中断，信息都无法成功传输。为了进一步改善该系统，随后缓存辅助中继系统被提出，其原理是在中继节点处增加了缓存器用于储存接收到的数据信息，这样中继处在接收到信号之后就不必立即进行转发。同样地，这也为本文提出的基于瞬时信道状态信息来进行链路选择的无线携能传输技术提供了可能。
2013年，Toufiqul Islam，Robert Schober等人提出了一种基于缓存辅助中继的协作分集方案，并采用比特交织编码调制和正交频分复用的组合，提出了新颖的链路选择协议。(“Diversity and delay analysis of buffer-aided BICM-OFDM relaying，”IEEETrans.Wireless Commun.，vol.12，no.11，pp.5506-5519，Nov.2013.)。
表1：传统链路选择方案
Figure BSA0000204464540000021
Toufiqul Islam，Robert Schober等人的链路选择协议整个系统的信道模型：
假设在时隙t选择S→R链路进行传输，则可以将在第k个子载波上从S接收的R信号建模为
Figure BSA0000204464540000022
其中，PS代表源节点处每个子载波的传输功率，NSR[k]为均值为N0的复加性高斯白噪声。
Figure BSA0000204464540000023
代表t时刻的第k个子载波的S-＞R链路的信道增益。
为了解码由S发送的比特，R计算符号标签中第i位的BICM比特度量为：
Figure BSA0000204464540000024
其中，
Figure BSA0000204464540000025
表示所有符号X∈χ的子集，其标记在位置中具有值b∈{0，1}，比特度量被解交织并且在R处被维特比解码出来。同样的，如果在时隙q＞t时，链路R-＞D被选择传输，那么目的节点D从中继节点R接收到的第k个子载波可以被表示成如下：
Figure BSA0000204464540000026
其中，PR代表中继节点R处每个子载波的平均传输功率，NRD[k]是均值为N0的复高斯白噪声，并且
Figure BSA0000204464540000027
代表R-＞D信道的频率响应。
从链路选择方案可以看出，案例1和案例2在缓存区为空和满的情况下并没有依据链路质量来选择链路，从而会导致强制性传输，这种方法的缺点是会降低系统的误码率性能。同时，该技术是假设信道状态是已知的，没有进行信道估计，这种并不适合实际的通信场景。
发明内容
本发明的目的：一种基于瞬时信道状态信息估计的能量缓存传输协议，通过信道估计来进行链路选择的方案，达到既能够有效提高系统的误码率性能，又能更加符合真实通信应用环境的目的。
发明内容：实现本发明的技术方案包括：
步骤1：设置“源-中继-目的”双跳中继系统模型
本发明中设置“源-中继-目的”双跳中继系统模型，在中继节点处，配备能量缓存器用于储存收集的能量，收集的能量一部分用于解码信息，另一部分用于发送剩余的信息到目的端。
双跳中继系统模型中的信号源(1)将中继节点接收到的信号(2)通过信号源与中继节点之间的链路(3)发送至功率分割器(6)；双跳中继系统模型中的信号源和中继节点之间的噪声信号(5)对过噪声的路径(4)、信号源与中继节点之间的链路(3)发送至功率分割器(6)；功率分割器(6)将中继节点接收的信号分割成两部分，其中：一部分能量收集器接收到的信号(7)通过中继节点与能量收集器之间的路径(8)发送至有能量存储器(12)的能量收集器(11)；另一部分信息接收器接收到的信号(9)通过中继节点与信息接收器之间的路径(10)发送至有数据存储器/数据包缓冲区(14)的信号接收器(13)；能量收集器(11)能量缓存区存储的接收能量对信号接收器(13)信息缓存区存储的信息信号进行解码，得到解码后的信息信号；解码后的信息信号通过中继端到目的节点的链路(15)传送至目的节点(17)；中继端到目的节点之间的噪声信号(7)通过噪声路径(16)传送至目的节点(17)；
所述的功率分割器(6)、能量收集器接收到的信号(7)、中继节点与能量收集器之间的路径(8)、信息接收器接收到的信号(9)、中继节点与信息接收器之间的路径(10)、能量收集器(11)、能量存储器(12)、信号接收器(13)、数据存储器/数据包缓冲区(14)组成中继端；
所述的中继节点接收到的信号(2)是从信号源发送至中继节点的信号；代表源节点发送的DCSK调制信号；
所述的信号源和中继节点之间的噪声信号高斯白噪声；
所述的能量收集器接收到的信号(7)将将被转化成能量，用于信号传送至目的节点所产生的能量损耗；
所述的信息接收器接收到的信号(9)暂时存储在信号接收器，等待发送至目的节点的信号；
所述的信号接收器用于存储来自中继节点的信号；
所述的目的节点(18)为信号最终接收地；
步骤2：“源-中继-目的”双跳中继系统模型中信号传输格式
所述的信号源和中继节点之间的噪声信号(5)为S-＞R链路的噪声，则当选择S-＞R链路进行传输时，YS(i)代表源节点发送的DCSK调制信号，通过信号源与中继节点之间的链路(3)传输至功率分割器(6)的中继节点处，在中继节点处接收到的信号格式YR(i)为：
Figure BSA0000204464540000041
①式中：PS代表发送端的传输功率；XS(i)代表中继节点接收到的混沌信号，hsr(i)代表S-＞R链路的信道衰落系数；
所述的S-＞R为节点S到节点R的传输；
中继处接收到信号后会进行功率分割，接收到的信号被分成两部分，一部分被转化成收集的能量，另一部分存储在信息接收器中等待信号传输。收集的能量和部分信号分别临时存储在与它们相对应的能量接收器和信息接收器中。其中，收集到的能量一部分用于恢复出接收到的信号，另一部分当作发送功率等待信道质量良好时，发送对应的信息到信号接收器(13)的目的节点；在目的节点处，接收到的信号YD(i)为：
Figure BSA0000204464540000042
②式中：hrd(i)代表R-＞D链路的信道衰落系数，nd(i)是服从独立复高斯白噪声的，PEH为中继处从接收信号中收集的功率，其表达式如下：
PEH＝κ(1-g)PS|hsr|2......③
③式中：κ为能量收集器的能量转换效率因子，其取值范围为0＜κ＜1，g代表功率分割率；
所述的R-＞D为节点R到节点D的传输；
在中继处进行功率分割之后，能量收集器(11)中的能量和信号接收器(13)中存储的信息是呈一一对应的关系，即在中继处将解调信号发送到目的节点时，发送信号所耗费的功率就是从该信号中收集出来的；在信息传输过程中采用先进先出的原则，即先存储在缓存区中的信号会被先发送到目的端，之后的信号也是按照这样的传输方式依次发送。那么，在能量接收器(11)中我们接收到的信号格式YE(i)为：
Figure BSA0000204464540000051
信息接收器(13)接收到的调制信号YI(i)为
Figure BSA0000204464540000052
在⑤式中：由于中继处射频信号转化为基带信号，所以产生了均值为0，方差为
Figure BSA0000204464540000054
的复高斯白噪声nI(i)。整个信息传输过程中，采用解码转发(decode-and-forward，DF)的方式，即在源节点首先对发送信号进行调制，中继节点处接收到信号之后，会将一部分信号转化成能量，然后解码信息，之后在中继节点需要发送信息到目的节点时，中继处再重新调制信号，然后发送到目的端，这就是整个解码转发的全部过程。需要说明的是，在向目的节点发送调制信号时，需要先判断当前中继节点至目的节点的传输链路状态是否适合传输信号，当判定出第二传输链路的瞬时信噪比大于第一传输链路的瞬时信噪比时，则可以开始进行信息信号解码，以便进行下一步的传输。
步骤3：链路选择协议
提出链路选择协议可以分成两种情况如表2：
表2：信道质量与缓存区的变化关系
Figure BSA0000204464540000053
其中，X意味着链路传输中断，N为缓存区(能量缓存区和数据缓存区)的存储上限，δSR为第一传输链路的瞬时信噪比，δRD为第二传输链路的瞬时信噪比，Si代表第i个时隙缓存区中的数据量大小。
第1种情况：经过信道估计后，如果S-＞R链路状况更佳，根据缓存区的两种状态来进行信息传输；
如果当前数据存储器/数据包缓冲区(14)为非满的状态，选择S-＞R链路传输，缓存区的数据量增加一个数据包；
如果当前数据信息占满了数据存储器/数据包缓冲区(14)，则不会进行链路选择，而是等待下一个时隙；
所述的信道估计为，首先进行传统的插入导频，然后通过最小二乘法获得信道信息，简称最小二乘信道估计；
第2种情况：经过信道估计之后，如果R-＞D链路质量更好，我们也会根据缓存区的状态来进行信息传输；
如果当前数据存储器/数据包缓冲区(14)没有数据信息，则不会进行链路选择，而是等待下一个时隙；
如果当前数据存储器/数据包缓冲区(14)为非空的状态，则选择R-＞D链路传输，此时缓存区的数据量减少一个数据包；
步骤4：实施流程
201、分别获取源节点至中继节点的第一传输链路和目的节点至中继节点的第二传输链路的信道质量；
所述的源节点为信号源(1)节点；
所述的中继节点为功率分割器(6)中的中继节点；
所述的第一传输链路为信号源(1)到功率分割器(6)中的中继节点，再到能量接收器(11)；
所述的第二传输链路为信号源(1)到功率分割器(6)中的中继节点，再到信号接收器(13)；
所述的传输链路的信道质量是由信道的瞬时信噪比来决定的；
202、判断第一传输链路是否大于第二传输链路的瞬时信噪比且数据缓冲区为非满的状态，若是，则执行步骤203；
所述的第一传输链路数据缓冲区为能量接收器(11)中的数据缓冲区；
所述的第二传输链路数据缓冲区为信号接收器(13)中的数据缓冲区；
所述的判断数据缓存区是否为非满状态是为了确定是否具有接收中继节点新信息的空间；
所述的判断第一传输链路是否大于第二传输链路的瞬时信噪比且数据缓冲区为非满的状态，确定当前的传输环境下，源节点是否适合向中继节点发送信息；
203、功率分割器(6)中的中继节点接收源节点发送的调制信号；
所述的调制信号为信号源(1)发送的DCSK调制信号(2)和信号源和中继节点之间的高斯白噪声信号；
204、通过功率分割方式，对调制信号进行功率分割，得到接收能量和信息信号；
205、将接收的能量和信息信号分别存入能量收集器(11)中能量缓存区和信号接收器(13)中的信息缓存区；
206、实时获取第一传输链路和第二传输链路的瞬时信噪比；
207、判断第二传输链路的瞬时信噪比大于第一传输链路的瞬时信噪比，若是，则执行步骤208；若不是，则执行206；
208、利用能量收集器(11)能量缓存区存储的接收能量对信号接收器(13)信息缓存区存储的信息信号进行解码，得到解码后的信息信号；
209、利用通过能量收集器(11)能量缓存区存储的接收能量进行解码后得到的剩余能量，将解码后的信息信号发送至目的节点(17)。
本发明的有益效果：一种基于瞬时信道状态信息估计的能量缓存传输协议具有更优的误码率性能，增加3dB-5dB的增益，同时也是更符合实际情况下的各种环境复杂的通信场景。
附图说明
图1是本发明基于瞬时信道状态信息估计的能量缓存传输协议系统模型示意图。
图2是基于瞬时信道状态信息估计的能量缓存传输协议流程图
图1中，1-信号源；2-中继节点接收到的信号(从信号源发送至中继节点的信号)；3-信号源与中继节点之间的链路；4-噪声的路径；5-信号源和中继节点之间的噪声信号(高斯白噪声)；6-功率分割器(SWIPT：将中继节点接收的信号分割成两部分，一部分被转发到能量收集器，另一部分被转发到信息接收器)；7-能量收集器接收到的信号(这部分信号将被转化成能量，用于信号传送至目的节点所产生的能量损耗)；8-中继节点与能量收集器之间的路径；9-信息接收器接收到的信号(这部分信号会暂时存储在信号接收器，等待发送至目的节点)；10-中继节点与信息接收器之间的路径；11-能量收集器(用于存储来自中继节点的信号，并将该信号转化成能量)；12-能量存储器(即电池)；13-信号接收器(用于存储来自中继节点的信号)；14-数据存储器/数据包缓冲区；15-中继端到目的节点的链路；16-噪声路径；17-中继端到目的节点之间的噪声信号；18-目的节点(信号最终接收地)。
具体实施例
本申请实施例提供了一种基于瞬时信道状态信息估计的能量缓存传输协议，用于解决现有的无线携能通信系统里存在着传输误码率高的技术问题。
需要说明的是，无线携能传输技术(Simultaneous Wireless Information andPower Transfer，SWIPT)是一种新型的无线通信类型，区别于传统无线通信仅仅传输信息，无线携能通信在传输信息的同时还能向无线终端提供能量，该技术将一部分接收信号转化成能量，经过一系列转换可以将无线能量存储在无线终端自身的电池中，这些捕获的能量将会被用于该无线终端的正常的信息交互电路的耗能以及能量捕获电路的耗能。从而取代传统有线或电池供电所带来的不便，减小了终端的体积与成本，特别适合于需要大规模分布的终端节点和人体局域网的应用。
但是，现有的无线携能传输时，有一部分信号被转化成能量用于信息传输，再加上传输过程中的噪声干扰，最终导致了目标节点收到的消息误码率高的技术问题。
为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图1、附图2，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请第一个实施例提供了一种基于瞬时信道状态信息估计的能量缓存传输协议，包括：
步骤1：设置“源-中继-目的”双跳中继系统模型
本发明中设置“源-中继-目的”双跳中继系统模型，在中继节点处，配备能量缓存器用于储存收集的能量，收集的能量一部分用于解码信息，另一部分用于发送剩余的信息到目的端。
双跳中继系统模型中的信号源1将中继节点接收到的信号2通过信号源与中继节点之间的链路3发送至功率分割器6；双跳中继系统模型中的信号源和中继节点之间的噪声信号5对过噪声的路径4、信号源与中继节点之间的链路3发送至功率分割器6；功率分割器6将中继节点接收的信号分割成两部分，其中：一部分能量收集器接收到的信号7通过中继节点与能量收集器之间的路径8发送至有能量存储器12的能量收集器11；另一部分信息接收器接收到的信号9通过中继节点与信息接收器之间的路径10发送至有数据存储器/数据包缓冲区14的信号接收器13；能量收集器11能量缓存区存储的接收能量对信号接收器13信息缓存区存储的信息信号进行解码，得到解码后的信息信号；解码后的信息信号通过中继端到目的节点的链路15传送至目的节点17；中继端到目的节点之间的噪声信号7通过噪声路径16传送至目的节点17；
所述的功率分割器6、能量收集器接收到的信号7、中继节点与能量收集器之间的路径8、信息接收器接收到的信号9、中继节点与信息接收器之间的路径10、能量收集器11、能量存储器12、信号接收器13、数据存储器/数据包缓冲区14组成中继端；
所述的中继节点接收到的信号2是从信号源发送至中继节点的信号；代表源节点发送的DCSK调制信号；
所述的信号源和中继节点之间的噪声信号高斯白噪声；
所述的能量收集器接收到的信号7将将被转化成能量，用于信号传送至目的节点所产生的能量损耗；
所述的信息接收器接收到的信号9暂时存储在信号接收器，等待发送至目的节点的信号；
所述的信号接收器用于存储来自中继节点的信号；
所述的目的节点18为信号最终接收地；
步骤2：“源-中继-目的”双跳中继系统模型中信号传输格式
所述的信号源和中继节点之间的噪声信号5为S-＞R链路的噪声，则当选择S-＞R链路进行传输时，YS(i)代表源节点发送的DCSK调制信号，通过信号源与中继节点之间的链路3传输至功率分割器6的中继节点处，在中继节点处接收到的信号格式YR(i)为：
Figure BSA0000204464540000101
①式中：PS代表发送端的传输功率；XS(i)代表中继节点接收到的混沌信号，hsr(i)代表S-＞R链路的信道衰落系数；
所述的S-＞R为节点S到节点R的传输；
中继处接收到信号后会进行功率分割，接收到的信号被分成两部分，一部分被转化成收集的能量，另一部分存储在信息接收器中等待信号传输。收集的能量和部分信号分别临时存储在与它们相对应的能量接收器和信息接收器中。其中，收集到的能量一部分用于恢复出接收到的信号，另一部分当作发送功率等待信道质量良好时，发送对应的信息到信号接收器13的目的节点；在目的节点处，接收到的信号YD(i)为：
Figure BSA0000204464540000102
②式中：hrd(i)代表R-＞D链路的信道衰落系数，nd(i)是服从独立复高斯白噪声的，PEH为中继处从接收信号中收集的功率，其表达式如下：
PEH＝κ(1-g)PS|hsr|2......③
③式中：κ为能量收集器的能量转换效率因子，其取值范围为0＜κ＜1，g代表功率分割率；
所述的R-＞D为节点R到节点D的传输；
在中继处进行功率分割之后，能量收集器11中的能量和信号接收器13中存储的信息是呈一一对应的关系，即在中继处将解调信号发送到目的节点时，发送信号所耗费的功率就是从该信号中收集出来的；在信息传输过程中采用先进先出的原则，即先存储在缓存区中的信号会被先发送到目的端，之后的信号也是按照这样的传输方式依次发送。那么，在能量接收器11中我们接收到的信号格式YE(i)为：
Figure BSA0000204464540000103
信息接收器13接收到的调制信号YI(i)为
Figure BSA0000204464540000104
在⑤式中：由于中继处射频信号转化为基带信号，所以产生了均值为0，方差为
Figure BSA0000204464540000111
的复高斯白噪声nI(i)。整个信息传输过程中，采用解码转发(decode-and-forward，DF)的方式，即在源节点首先对发送信号进行调制，中继节点处接收到信号之后，会将一部分信号转化成能量，然后解码信息，之后在中继节点需要发送信息到目的节点时，中继处再重新调制信号，然后发送到目的端，这就是整个解码转发的全部过程。需要说明的是，在向目的节点发送调制信号时，需要先判断当前中继节点至目的节点的传输链路状态是否适合传输信号，当判定出第二传输链路的瞬时信噪比大于第一传输链路的瞬时信噪比时，则可以开始进行信息信号解码，以便进行下一步的传输。
步骤3：链路选择协议
提出链路选择协议可以分成两种情况如表2：
表2：信道质量与缓存区的变化关系
Figure BSA0000204464540000112
其中，X意味着链路传输中断，N为缓存区(能量缓存区和数据缓存区)的存储上限，δSR为第一传输链路的瞬时信噪比，δRD为第二传输链路的瞬时信噪比，Si代表第i个时隙缓存区中的数据量大小。
第1种情况：经过信道估计后，如果S-＞R链路状况更佳，根据缓存区的两种状态来进行信息传输；
如果当前数据存储器/数据包缓冲区14为非满的状态，选择S-＞R链路传输，缓存区的数据量增加一个数据包；
如果当前数据信息占满了数据存储器/数据包缓冲区14，则不会进行链路选择，而是等待下一个时隙；
所述的信道估计为，首先进行传统的插入导频，然后通过最小二乘法获得信道信息，简称最小二乘信道估计；
第2种情况：经过信道估计之后，如果R-＞D链路质量更好，我们也会根据缓存区的状态来进行信息传输；
如果当前数据存储器/数据包缓冲区14没有数据信息，则不会进行链路选择，而是等待下一个时隙；
如果当前数据存储器/数据包缓冲区14为非空的状态，则选择R-＞D链路传输，此时缓存区的数据量减少一个数据包；
步骤4：实施流程
201、分别获取源节点至中继节点的第一传输链路和目的节点至中继节点的第二传输链路的信道质量；
所述的源节点为信号源1节点；
所述的中继节点为功率分割器6中的中继节点；
所述的第一传输链路为信号源1到功率分割器6中的中继节点，再到能量接收器11；
所述的第二传输链路为信号源1到功率分割器6中的中继节点，再到信号接收器13；
所述的传输链路的信道质量是由信道的瞬时信噪比来决定的；
202、判断第一传输链路是否大于第二传输链路的瞬时信噪比且数据缓冲区为非满的状态，若是，则执行步骤203；
所述的第一传输链路数据缓冲区为能量接收器11中的数据缓冲区；
所述的第二传输链路数据缓冲区为信号接收器13中的数据缓冲区；
所述的判断数据缓存区是否为非满状态是为了确定是否具有接收中继节点新信息的空间；
所述的判断第一传输链路是否大于第二传输链路的瞬时信噪比且数据缓冲区为非满的状态，确定当前的传输环境下，源节点是否适合向中继节点发送信息；
203、功率分割器6中的中继节点接收源节点发送的调制信号；
所述的调制信号为信号源1发送的DCSK调制信号2和信号源和中继节点之间的高斯白噪声信号；
204、通过功率分割方式，对调制信号进行功率分割，得到接收能量和信息信号；
205、将接收的能量和信息信号分别存入能量收集器11中能量缓存区和信号接收器13中的信息缓存区；
206、实时获取第一传输链路和第二传输链路的瞬时信噪比；
207、判断第二传输链路的瞬时信噪比大于第一传输链路的瞬时信噪比，若是，则执行步骤208；若不是，则执行206；
208、利用能量收集器11能量缓存区存储的接收能量对信号接收器13信息缓存区存储的信息信号进行解码，得到解码后的信息信号；
209、利用通过能量收集器11能量缓存区存储的接收能量进行解码后得到的剩余能量，将解码后的信息信号发送至目的节点17。
基于瞬时信道状态信息估计的能量缓存传输协议具有更优的误码率性能，增加3.8dB的增益，同时也是更符合实际情况下的各种环境复杂的通信场景。
如上所述，对本发明进行了详细说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多变形，这对本领域的技术人员是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于瞬时信道状态信息估计的能量缓存传输协议其特征在于：本发明的技术方案包括；
步骤1：设置“源-中继-目的”双跳中继系统模型
本发明中设置“源-中继-目的”双跳中继系统模型，在中继节点处，配备能量缓存器用于储存收集的能量，收集的能量一部分用于解码信息，另一部分用于发送剩余的信息到目的端；
双跳中继系统模型中的信号源(1)将中继节点接收到的信号(2)通过信号源与中继节点之间的链路(3)发送至功率分割器(6)；双跳中继系统模型中的信号源和中继节点之间的噪声信号(5)对过噪声的路径(4)、信号源与中继节点之间的链路(3)发送至功率分割器(6)；功率分割器(6)将中继节点接收的信号分割成两部分，其中：一部分能量收集器接收到的信号(7)通过中继节点与能量收集器之间的路径(8)发送至有能量存储器(12)的能量收集器(11)；另一部分信息接收器接收到的信号(9)通过中继节点与信息接收器之间的路径(10)发送至有数据存储器/数据包缓冲区(14)的信号接收器(13)；能量收集器(11)能量缓存区存储的接收能量对信号接收器(13)信息缓存区存储的信息信号进行解码，得到解码后的信息信号；解码后的信息信号通过中继端到目的节点的链路(15)传送至目的节点(17)；中继端到目的节点之间的噪声信号(7)通过噪声路径(16)传送至目的节点(17)；
所述的功率分割器(6)、能量收集器接收到的信号(7)、中继节点与能量收集器之间的路径(8)、信息接收器接收到的信号(9)、中继节点与信息接收器之间的路径(10)、能量收集器(11)、能量存储器(12)、信号接收器(13)、数据存储器/数据包缓冲区(14)组成中继端；
所述的中继节点接收到的信号(2)是从信号源发送至中继节点的信号；代表源节点发送的DCSK调制信号；
所述的信号源和中继节点之间的噪声信号高斯白噪声；
所述的能量收集器接收到的信号(7)将将被转化成能量，用于信号传送至目的节点所产生的能量损耗；
所述的信息接收器接收到的信号(9)暂时存储在信号接收器，等待发送至目的节点的信号；
所述的信号接收器用于存储来自中继节点的信号；
所述的目的节点(18)为信号最终接收地；
步骤2：“源-中继-目的”双跳中继系统模型中信号传输格式
所述的信号源和中继节点之间的噪声信号(5)为S->R链路的噪声，则当选择S->R链路进行传输时，YS(i)代表源节点发送的DCSK调制信号，通过信号源与中继节点之间的链路(3)传输至功率分割器(6)的中继节点处，在中继节点处接收到的信号格式YR(i)为：
Figure FSA0000204464530000021
①式中：PS代表发送端的传输功率；XS(i)代表中继节点接收到的混沌信号，hsr(i)代表S->R链路的信道衰落系数；
所述的S->R为节点S到节点R的传输；
中继处接收到信号后会进行功率分割，接收到的信号被分成两部分，一部分被转化成收集的能量，另一部分存储在信息接收器中等待信号传输。收集的能量和部分信号分别临时存储在与它们相对应的能量接收器和信息接收器中。其中，收集到的能量一部分用于恢复出接收到的信号，另一部分当作发送功率等待信道质量良好时，发送对应的信息到信号接收器(13)的目的节点；在目的节点处，接收到的信号YD(i)为：
Figure FSA0000204464530000022
②式中：hrd(i)代表R->D链路的信道衰落系数，nd(i)是服从独立复高斯白噪声的，PEH为中继处从接收信号中收集的功率，其表达式如下：
PEH＝κ(1-g)PS|hrs|2......③
③式中：κ为能量收集器的能量转换效率因子，其取值范围为0＜κ＜1，g代表功率分割率；
所述的R->D为节点R到节点D的传输；
在中继处进行功率分割之后，能量收集器(11)中的能量和信号接收器(13)中存储的信息是呈一一对应的关系，即在中继处将解调信号发送到目的节点时，发送信号所耗费的功率就是从该信号中收集出来的；在信息传输过程中采用先进先出的原则，即先存储在缓存区中的信号会被先发送到目的端，之后的信号也是按照这样的传输方式依次发送。那么，在能量接收器(11)中我们接收到的信号格式YE(i)为：
Figure FSA0000204464530000031
信息接收器(13)接收到的调制信号YI(i)为
Figure FSA0000204464530000032
在⑤式中：由于中继处射频信号转化为基带信号，所以产生了均值为0，方差为
Figure FSA0000204464530000033
的复高斯白噪声nI(i)。整个信息传输过程中，采用解码转发(decode-and-forward，DF)的方式，即在源节点首先对发送信号进行调制，中继节点处接收到信号之后，会将一部分信号转化成能量，然后解码信息，之后在中继节点需要发送信息到目的节点时，中继处再重新调制信号，然后发送到目的端，这就是整个解码转发的全部过程。需要说明的是，在向目的节点发送调制信号时，需要先判断当前中继节点至目的节点的传输链路状态是否适合传输信号，当判定出第二传输链路的瞬时信噪比大于第一传输链路的瞬时信噪比时，则可以开始进行信息信号解码，以便进行下一步的传输；
步骤3：链路选择协议
提出链路选择协议可以分成两种情况：
第1种情况：经过信道估计后，如果S->R链路状况更佳，根据缓存区的两种状态来进行信息传输；
如果当前数据存储器/数据包缓冲区(14)为非满的状态，选择S->R链路传输，缓存区的数据量增加一个数据包；
如果当前数据信息占满了数据存储器/数据包缓冲区(14)，则不会进行链路选择，而是等待下一个时隙；
所述的信道估计为，首先进行传统的插入导频，然后通过最小二乘法获得信道信息，简称最小二乘信道估计；
第2种情况：经过信道估计之后，如果R->D链路质量更好，我们也会根据缓存区的状态来进行信息传输；
如果当前数据存储器/数据包缓冲区(14)没有数据信息，则不会进行链路选择，而是等待下一个时隙；
如果当前数据存储器/数据包缓冲区(14)为非空的状态，则选择R->D链路传输，此时缓存区的数据量减少一个数据包；
步骤4：实施流程
201、分别获取源节点至中继节点的第一传输链路和目的节点至中继节点的第二传输链路的信道质量；
所述的源节点为信号源(1)节点；
所述的中继节点为功率分割器(6)中的中继节点；
所述的第一传输链路为信号源(1)到功率分割器(6)中的中继节点，再到能量接收器(11)；
所述的第二传输链路为信号源(1)到功率分割器(6)中的中继节点，再到信号接收器(13)；
所述的传输链路的信道质量是由信道的瞬时信噪比来决定的；
202、判断第一传输链路是否大于第二传输链路的瞬时信噪比且数据缓冲区为非满的状态，若是，则执行步骤203；
所述的第一传输链路数据缓冲区为能量接收器(11)中的数据缓冲区；
所述的第二传输链路数据缓冲区为信号接收器(13)中的数据缓冲区；
所述的判断数据缓存区是否为非满状态是为了确定是否具有接收中继节点新信息的空间；
所述的判断第一传输链路是否大于第二传输链路的瞬时信噪比且数据缓冲区为非满的状态，确定当前的传输环境下，源节点是否适合向中继节点发送信息；
203、功率分割器(6)中的中继节点接收源节点发送的调制信号；
所述的调制信号为信号源(1)发送的DCSK调制信号(2)和信号源和中继节点之间的高斯白噪声信号；
204、通过功率分割方式，对调制信号进行功率分割，得到接收能量和信息信号；
205、将接收的能量和信息信号分别存入能量收集器(11)中能量缓存区和信号接收器(13)中的信息缓存区；
206、实时获取第一传输链路和第二传输链路的瞬时信噪比；
207、判断第二传输链路的瞬时信噪比大于第一传输链路的瞬时信噪比，若是，则执行步骤208；若不是，则执行206；
208、利用能量收集器(11)能量缓存区存储的接收能量对信号接收器(13)信息缓存区存储的信息信号进行解码，得到解码后的信息信号；
209、利用通过能量收集器(11)能量缓存区存储的接收能量进行解码后得到的剩余能量，将解码后的信息信号发送至目的节点(17)。
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