无线能量收集协作通信系统的节能中继选择方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无线能量收集协作通信系统的节能中继选择方法，本方法分别考虑了具备EH能力的中继节点在其能量满足转发要求和不满足转发要求的情况下，对应地采用单中继转发和多中继转发策略。当部分中继节点的能量满足转发要求时，可以从其中选择出一个最佳的中继节点以最优的功率转发信号；当全部中继节点的能量都不满足转发要求时，利用多个中继节点协作转发，在接收端进行信号合并。无论是单中继转发还是多中继转发，本发明专利技术都能够确保信号有效传输的同时尽可能地节能，优化所收集能量的利用，有助于提高系统性能。

Energy-saving Relay Selection Method for Wireless Energy Collection Cooperative Communication System

【技术实现步骤摘要】
无线能量收集协作通信系统的节能中继选择方法
本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种无线能量收集协作通信系统的节能中继选择方法。
技术介绍
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，传统的无线协作通信系统中，由于采用电网供电，中继选择不需要考虑节点的电力是否足够的问题。而对于采用EH技术的无线EH协作通信系统，中继节点需要依靠自身收集能量来提供电力驱动，因此中继选择除了需要考虑传统因素外，还需要考虑收集能量的情况。由于中继节点可能是移动的，周围环境随机发生变化，其所能收集的能量也呈现出随机特性，会出现部分甚至全部EH中继节点其能量不能满足转发要求的情况，使得中继选择的难度加大。
技术实现思路
本专利技术提供一种在无线能量收集协作通信系统中节能的中继选择方法，本方法分别考虑了EH中继节点在其能量满足转发要求和不满足转发要求的情况下，对应地采用单中继转发和多中继转发策略。无论是单中继转发还是多中继转发，本专利技术都能够确保信号有效传输的同时尽可能地节能，优化所收集能量的利用，有助于提高系统性能。在一个包括源节点S、目的节点D和N个具有EH能力的中继节点构成的无线EH协作通信网络中，当部分中继节点的能量满足转发要求时，可以从其中选择出一个最佳的中继节点以最优的功率转发信号。当全部中继节点的能量都不满足转发要求时，利用多个中继节点协作转发，在接收端进行信号合并。定义hS,i和hi,D分别表示源节点S到中继节点i链路和中继节点i到目的节点D链路的信道系数；源节点S的发射功率为PS。一次协作过程包括两个时隙，时隙的长度为Tp，第一时隙源节点S发射信号，中继节点i接收信号，第二时隙中继节点i转发信号，目的节点D接收信号，中继节点i表示第i个中继节点，i＝1,2,…，N。本专利技术中所述的节能中继选择方法，包括如下步骤：(1)利用中继节点i拥有的能量Ei，基于信道容量最大化准则，计算中继节点i的发射功率Pi＝PS|hS,i|2/|hi,D|2。(2)通过公式Ei,need＝PiTp，计算中继节点i进行最优功率传输需要的能量Ei,need，将Ei≥Ei,need的中继节点纳入候选中继节点集合φL，L为φL中的元素个数。(3)当候选中继节点集合φL为非空集合时，计算源节点S到候选中继节点h的信道容量CS,h以及候选中继节点h到目的节点D的信道容量Ch,D，h＝1,2，…,L；从Ch,D≥CS,h的候选中继节点中选取一个中继节点进行信号转发，优先选取进行最优功率传输需要的能量最小的中继节点进行信号转发。(4)当候选中继节点集合φL为空集合时，从N个中继节点中选出j个中继节点，j≥2，形成个中继节点组合；对任意中继节点组合k，计算源节点S到中继节点组合k中的每一个中继节点的信道容量，记录其中最大的信道容量为CS,k；计算中继节点组合k中的所有中继节点进行多中继协作转发并在目的节点D处进行信号合并时的信道容量Ck,D；从Ck,D≥CS,k的中继节点组合中选取一个中继节点组合进行多中继协作转发，优先选取消耗能量最小的中继节点组合进行多中继协作转发。具体实施方式在一个包括源节点S、目的节点D和N个具有EH能力的中继节点构成的无线EH协作通信网络中，源节点以发射功率PS发射信号，用hS,i和hi,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，其中i＝1,2,…，N。假设信号传输距离较远或传输过程中存在障碍物的影响，源节点与目的节点之间不存在直接的通信链路，一次协作过程包括两个时隙，时隙的长度为Tp，第一个时隙中，源节点发射信号，中继节点接收信号；第二个时隙中，通过中继选择方法选出的中继节点转发信号，目的节点接收信号。步骤1：利用中继选择时刻第i个中继节点拥有的能量Ei，基于信道容量最大化准则，计算第i个中继节点的发射功率Pi＝PS|hS,i|2/|hi,D|2。步骤2：通过Ei,need＝PiTp计算第i个中继节点进行最优功率传输需要的能量Ei,need，将Ei≥Ei,need的中继节点纳入候选中继节点集合φL，L为φL中的元素个数。步骤3：当候选中继节点集合φL为非空集合时，计算源节点到候选中继节点h的信道容量CS,h以及候选中继节点h到目的节点的信道容量Ch,D，h＝1,…,L，从Ch,D≥CS,h的候选中继节点中选取进行最优功率传输需要的能量最小的中继节点进行信号转发，转步骤6。当候选中继节点集合φL为空集合时，从N个中继节点中选出j(j≥2)个中继节点形成个中继节点组合，转步骤4。步骤4：对任意中继节点组合k，计算源节点到中继节点组合k中的每一个中继节点的信道容量，记录其中最大的信道容量为CS,k，计算中继节点组合k中的所有中继节点进行多中继协作转发并在目的节点处进行信号合并时的信道容量Ck,D。步骤5：从Ck,D≥CS,k的中继节点组合中选取消耗能量最小的中继节点组合中的所有节点进行多中继协作转发。步骤6：向系统报告中继选择结果。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线能量收集协作通信系统的节能中继选择方法，包括源节点S、目的节点D和N个具有EH能力的中继节点构成的无线EH协作通信网络；一次协作过程包括两个时隙，时隙的长度为Tp，第一时隙源节点S发射信号，中继节点i接收信号，第二时隙中继节点i转发信号，目的节点D接收信号，中继节点i表示第i个中继节点，i＝1,2,…，N；定义hS,i和hi,D分别表示源节点S到中继节点i链路和中继节点i到目的节点D链路的信道系数；源节点S的发射功率为PS；其特征在于：所述节能中继选择方法包括如下步骤：(1)利用中继节点i拥有的能量Ei，基于信道容量最大化准则，计算中继节点i的发射功率Pi＝PS|hS,i|

【技术特征摘要】
1.一种无线能量收集协作通信系统的节能中继选择方法，包括源节点S、目的节点D和N个具有EH能力的中继节点构成的无线EH协作通信网络；一次协作过程包括两个时隙，时隙的长度为Tp，第一时隙源节点S发射信号，中继节点i接收信号，第二时隙中继节点i转发信号，目的节点D接收信号，中继节点i表示第i个中继节点，i＝1,2,…，N；定义hS,i和hi,D分别表示源节点S到中继节点i链路和中继节点i到目的节点D链路的信道系数；源节点S的发射功率为PS；其特征在于：所述节能中继选择方法包括如下步骤：(1)利用中继节点i拥有的能量Ei，基于信道容量最大化准则，计算中继节点i的发射功率Pi＝PS|hS,i|2/|hi,D|2；(2)通过公式Ei,need＝PiTp，计算中继节点i进行最优功率传输需要的能量Ei,need，将Ei≥Ei,need的中继节点纳入候选中继节点集合φL，L为φL中的元素个数；(3)当候选中继节点集合φL为非空集合时，计算源节点S到候选中继节点h的信道容量CS,h以及候选中继节点h到目的节点D的信道容量...

【专利技术属性】
技术研发人员：江泽远，肖琨，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：发明
国别省市：广西,45