[发明专利]一种基于能量状态的全双工中继传输方法

说明书

本发明公开了一种基于能量状态的全双工中继传输方法，应用在包含信源、中继和信宿三个节点的全双工中继系统，其中信源和信宿配置单天线，中继配置两天线；中继为无源节点，通过能量采集为其工作供能；系统包括以下工作状态：当信宿能够正确解码时，中继只工作在采集能量状态不转发信息；当信宿未能正确解码时而中继能量状态满足所设定阈值时，全双工中继采用无线信号功率分配能量采集技术采集能量并转发信息；当信宿未能正确解码且中继能量状态不满足所设定阈值时，系统停止通信，信源给中继发送能量信号，中继只采集能量。本发明相对于传统的能量采集中继协议，信宿接收中继的信息功率更加稳定，能够更好的节约能源，且具有更好地系统性能。

技术领域

本发明涉及无线通信和物理层安全领域，特别涉及一种基于能量状态的全双工中继传输方法。

背景技术

近年来，无线网络中能量采集技术的研究受到了广泛关注，对于不便于大规模采用有线供能的中继网络，比如传感器网络，传统的方法是采用电池供电，但是这种方法导致后期的网络维护成本较高，需要定期更换电池或者给电池充电。针对传统中继的缺点，有学者将基于时间分配(TSR)和功率分配(PSR)的能量采集协议引入中继，使得中继可以采集无线射频信号的能量，无需电池供电。但是该协议也存在如下不足：

1、由于在传统能量采集中继协议中，中继的发送功率跟信源到中继节点的信道增益密切相关，当信源到中继的信道状态较差时，中继采集的能量较少，因此发送功率也相对较小，影响了系统性能的提升；

2、传统的能量采集中继协议要求中继在任何时刻都参与转发信息，即使在信宿能够正确解码的情况下，中继仍然参与转发，因此造成了能源的浪费。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于能量状态的全双工中继传输方法，具体为一种恒定功率转发信息的无源中继，即中继能够采集能量并且存放在电池中，当能量大于预设阈值时，中继才开始转发信息；此外，当信宿能够正确解码信息时，中继不再转发信息，而是只进行能量采集；当信宿不能正确解码信息时，全双工中继才采用PSR能量采集协议转发信息。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于能量状态的全双工中继传输方法，应用在包括信源S、中继R和目的端D三个节点的通信系统中，所述中继为无源节点，所述方法包括：

步骤1，信源S给信宿D发送测试导频信号，信宿D接收测试导频信号并计算出其信噪比；

步骤2，信宿D将其接收信噪比与其解码所需最小信噪比进行比较；如果其接收信噪比大于最小解码所需信噪比T，则执行步骤3，否则执行步骤4；

步骤3，信宿D给信源S反馈信号“1”，信源S与中继R接收到信宿D发送的信号“1”后，信源S与信宿D开始通信，中继R采集能量；

步骤4，信宿D给信源S反馈信号“0”，信源S与中继R接收到反馈的信号“0”后，中继R开始对自身能量进行估计，如果中继R自身能量大于预设阈值，则执行步骤5，否则执行步骤6；

步骤5，中继R给信源S和信宿D发送信号“10”，信源S与信宿D接收到来自中继R的“10”信号后，信源S与信宿D开始通信，中继R转发信息；

步骤6，中继R给信源S和信宿D发送信号“01”，信源S与信宿D接收到来自中继R的“01”信号后，系统中断通信，信源S给中继R发送能量信号。

所述信源和信宿节点均配置单根天线，中继节点配置两根天线。

中继R的工作状态包括工作在充电状态和工作在信息转发状态。

当中继R工作在充电状态时，中继将接收到的信息全部用于采集能量；

由于噪声功率相对信号功率比较小，所以在进行能量采集时忽略中继接收到的噪声功率；中继在单个时隙内采集到的能量表示为：