一种基于信息能量同时传输的中继协作方法技术

本发明专利技术提供一种基于信息能量同时传输的中继协作方法，能够降低对外界环境的依赖性。所述方法包括：针对时间转换接收机，采用基于时间转换的协作多用户传输协议使得能量受限的中继具备信息处理和能量收集的功能，实现信息能量同时传输；针对能量分割接收机，采用基于能量分割的协作多用户传输协议使得能量受限的中继具备信息处理和能量收集的功能，实现信息能量同时传输；其中，所述中继包括：信息接收机和能量接收机，所述信息接收机用于对接收到的射频信号进行处理，所述能量接收机用于从接收到射频信号中收集能量。本发明专利技术适用于信息能量同时传输的中继协作操作。

【技术实现步骤摘要】
一种基于信息能量同时传输的中继协作方法
本专利技术涉及无线通信中继领域，特别是指一种基于信息能量同时传输的中继协作方法。
技术介绍
近年来随着无线通信技术的不断突破和发展，使其能够应用在许多条件苛刻或特殊的环境中，例如，部署在恶劣环境(高温、高压、高辐射)下的无线传感器网(WirelessSensorNetworks,WSN)、嵌入到建筑物内部的环境感知传感器件以及植入到人体内的医疗设备等。这些网络中的传感器由于受到环境条件的限制无法通过有线的方式连接到供电系统中，因此通常是由容量有限的电池来供电，一旦电池耗尽，就需要通过充电的方式来延长设备的使用寿命，而很多情况下传统的充电方式很难实现，如抛撒在敌军战场上的传感器件和嵌入到人体内部的心脏起搏器等，如果不能为这些能量受限的设备提供持续的电能供应会使网络的通信质量和使用寿命受到有限电池容量的制约。因此，能否找到一种有效手段来为能量受限设备提供连续且稳定的电能供应，成为延长网络生存时间、提高通信质量的关键。能量收集(EnergyHarvesting，EH)技术使这一想法成为可能。事实上，人类利用太阳能的历史已经有3000多年，利用风能的历史也可以追溯到西元前，但其真正作为新能源和动力被加以大规模利用却是近几十年的事情。自二十世纪七十年代的世界石油危机以来，以太阳能和风能利用为代表的传统能量收集技术得到了长足发展，并被广泛应用于各行各业的生产中。传统的能量收集主要是指从周围的自然环境中采集能量(如风能，太阳能振动能，地热能，潮汐能等)，其缺点是这些来自于自然环境的能源对外界环境的依赖性大，因此不容易控制，这一缺点限制了其在一些要求高度可靠性的行业中的应用，比如军事和医疗方面。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于信息能量同时传输的中继协作方法，以解决现有技术所存在的能力收集对外界环境的依赖性大的问题。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种基于信息能量同时传输的中继协作方法，包括：针对时间转换接收机，采用基于时间转换的协作多用户传输协议使得能量受限的中继具备信息处理和能量收集的功能，实现信息能量同时传输；针对能量分割接收机，采用基于能量分割的协作多用户传输协议使得能量受限的中继具备信息处理和能量收集的功能，实现信息能量同时传输；其中，所述中继包括：信息接收机和能量接收机，所述信息接收机用于对接收到的射频信号进行处理，所述能量接收机用于从接收到射频信号中收集能量。进一步地，在基于时间转换的协作多用户传输协议中，设T为多用户传输的总时间，其中，时间ρT用作中继从收到的信号中收集能量，剩余时间(1-ρ)T用来作为传输信号，ρ表示能量收集时间因子。进一步地，设源节点为S、中继为R、目的地节点为D1和D2、源节点S发送的射频信号为x1和x2；所述针对时间转换接收机，采用基于时间转换的协作多用户传输协议使得能量受限的中继具备信息处理和能量收集的功能，实现信息能量同时传输包括：源节点S通过中继R的协助向目的地节点D1和D2分别发送独立的信号x1和x2；收集能量的时间ρT被平均分为两部分，每个ρT/2的时间间隔用作R的能量接收机从S广播的信号xi中收集能量；传输信号的时间(1-ρ)T被平均分为三部分，在前两个时间间隔(1-ρ)T/3内，S分别用发送功率Pi只广播信号xi，在最后一个时间间隔(1-ρ)T/3内，R的信息接收机接收S广播的信号x1和x2并进行处理，得到基带信号yr,1和yr,2，将yr,1和yr,2进行组合，形成新的信号xR，并根据收集到的能量，利用R的发送功率Pr广播信号xR，其中，i＝1,2。进一步地，在针对时间转换接收机，采用基于时间转换的协作多用户传输协议使得能量受限的中继具备信息处理和能量收集的功能，实现信息能量同时传输之后，所述方法还包括：确定源节点到目的节点的链路互信号；确定所述链路互信号低于预设的目标速率的概率，其中，所述概率为基于时间转换的协作多用户传输协议下非线性能量收集模型中断概率。进一步地，在基于能量分割的协作多用户传输协议中，传输过程由三个阶段组成，设总传输时间为T，采用相等的时隙划分，则每个阶段持续T/3的时间。进一步地，设源节点为S、中继为R、目的地节点为D1和D2、源节点S发送的射频信号为x1和x2；所述针对能量分割接收机，采用基于能量分割的协作多用户传输协议使得能量受限的中继具备信息处理和能量收集的功能，实现信息能量同时传输包括：在第i个阶段，S以发送功率Pi广播信号xi，i＝1,2，R的能量接收机从S广播的信号xi中收集能量，R的信息接收机接收S广播的信号x1和x2并进行处理，得到基带信号yr,1和yr,2；在第三个阶段，R将前两个阶段接收到的信号yr,1和yr,2进行组合，形成新的信号xR，根据收集的能量利用发送功率Pr广播信号xR；其中，αi为第i个阶段的能量分割因子，hs,r表示S→R链路的信道。进一步地，在针对能量分割接收机，采用基于能量分割的协作多用户传输协议使得能量受限的中继具备信息处理和能量收集的功能，实现信息能量同时传输之后，所述方法还包括：确定源节点到目的节点的链路互信号；确定所述链路互信号低于预设的目标速率的概率，其中，所述概率为基于能量分割的协作多用户传输协议下非线性能量收集模型中断概率。进一步地，当能量接收机接收到的功率到达预设的功率阈值时发送功率呈非线性；所述非线性能量收集模型中接收功率和发送功率的关系表示为：其中，α表示能量分割因子，η表示能量转换效率，Ps表示接收功率，Pth表示预设的功率阈值，||||F表示F-范数。进一步地，采用能量分割的协作多用户传输协议的非线性能量收集模型中断概率在高信噪比条件下的近似表达式中断概率为：a＝η(α1P1+α2P2)θ1c＝1其中，R0、a、b、c都表示系数，Ωs,r表示信道hs,r的方差，Ωs,1表示信道hs,1的方差，hs,1表示S→D1链路的信道，η为能量转换效率，θi表示第i阶段的功率重分配因子，高信噪比为超过预设的第一阈值的信噪比。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：上述方案中，针对时间转换接收机，采用基于时间转换的协作多用户传输协议使得能量受限的中继具备信息处理和能量收集的功能，实现信息能量同时传输；针对能量分割接收机，采用基于能量分割的协作多用户传输协议使得能量受限的中继具备信息处理和能量收集的功能，实现信息能量同时传输；其中，所述中继包括：信息接收机和能量接收机，所述信息接收机用于对接收到的射频信号进行处理，所述能量接收机用于从接收到射频信号中收集能量；这样，中继的能量完全来自于通信网络中的射频信号，对外界环境的依赖性小。附图说明图1为本专利技术实施例提供的基于信息能量同时传输的中继协作方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的中继位置示意图；图3为本专利技术实施例提供的TSCMT协议描述示意图；图4为本专利技术实施例提供的TSCMT协议描述示意图；图5为本专利技术实施例提供的非线性能量收集模型中接收功率和发送功率的关系示意图。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术针对现有的能力收集对外界环境的依赖性大的问题，提供一种基于信息能量同时传输的中继协作方法。如图1所示，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于信息能量同时传输的中继协作方法，其特征在于，包括：针对时间转换接收机，采用基于时间转换的协作多用户传输协议使得能量受限的中继具备信息处理和能量收集的功能，实现信息能量同时传输；针对能量分割接收机，采用基于能量分割的协作多用户传输协议使得能量受限的中继具备信息处理和能量收集的功能，实现信息能量同时传输；其中，所述中继包括：信息接收机和能量接收机，所述信息接收机用于对接收到的射频信号进行处理，所述能量接收机用于从接收到射频信号中收集能量，且所述中继采用非线性能量收集模型。

【技术特征摘要】
1.一种基于信息能量同时传输的中继协作方法，其特征在于，包括：针对时间转换接收机，采用基于时间转换的协作多用户传输协议使得能量受限的中继具备信息处理和能量收集的功能，实现信息能量同时传输；针对能量分割接收机，采用基于能量分割的协作多用户传输协议使得能量受限的中继具备信息处理和能量收集的功能，实现信息能量同时传输；其中，所述中继包括：信息接收机和能量接收机，所述信息接收机用于对接收到的射频信号进行处理，所述能量接收机用于从接收到射频信号中收集能量，且所述中继采用非线性能量收集模型。2.根据权利要求1所述的基于信息能量同时传输的中继协作方法，其特征在于，在基于时间转换的协作多用户传输协议中，设T为多用户传输的总时间，其中，时间ρT用作中继从收到的信号中收集能量，剩余时间(1-ρ)T用来作为传输信号，ρ表示能量收集时间因子。3.根据权利要求2所述的基于信息能量同时传输的中继协作方法，其特征在于，设源节点为S、中继为R、目的地节点为D1和D2、源节点S发送的射频信号为x1和x2；所述针对时间转换接收机，采用基于时间转换的协作多用户传输协议使得能量受限的中继具备信息处理和能量收集的功能，实现信息能量同时传输包括：源节点S通过中继R的协助向目的地节点D1和D2分别发送独立的信号x1和x2；收集能量的时间ρT被平均分为两部分，每个ρT/2的时间间隔用作R的能量接收机从S广播的信号xi中收集能量；传输信号的时间(1-ρ)T被平均分为三部分，在前两个时间间隔(1-ρ)T/3内，S分别用发送功率Pi只广播信号xi，在最后一个时间间隔(1-ρ)T/3内，R的信息接收机接收S广播的信号x1和x2并进行处理，得到基带信号yr,1和yr,2，将yr,1和yr,2进行组合，形成新的信号xR，并根据收集到的能量，利用R的发送功率Pr广播信号xR，其中，i＝1,2。4.根据权利要求3所述的基于信息能量同时传输的中继协作方法，其特征在于，在针对时间转换接收机，采用基于时间转换的协作多用户传输协议使得能量受限的中继具备信息处理和能量收集的功能，实现信息能量同时传输之后，所述方法还包括：确定源节点到目的节点的链路互信号；确定所述链路互信号低于预设的目标速率的概率，其中，所述概率为基于时间转换的协作多用户传输协议下非线性能量收集模型中断概率。5.根据权利要求1所述的基于信息能量同时传输的中继协作方法，其特征在于，在基于能量分割的协作多用户传输协议中，传输过程由三个阶段组成，设总传输时间为T，采用相等的时隙划分，则每个阶段持续T/3的时间。6.根据权利要求5所述的基于信息能量同时传输的中继协作方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：周贤伟，
申请(专利权)人：雷恩友力数据科技南京有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32