[发明专利]一种基于OFDM中继解码转发的无线携能通信方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器通信领域中的无线携能通信技术领域，尤其是一种携能通信方法。

背景技术

无线传感器网络以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点广泛应用于各个领域，传统的无线传感器网络采用储能有限的电池进行供电，无法长时间工作。所以能量收集技术应运而生，该技术能够从周围环境中收集能量，可以有效延长无线传感器网络的寿命。无线携能通信技术是无线信息传输技术和能量收集技术相结合的产物，通过接收周围环境中的射频信号，在获取信息的同时可以收集能量，不仅实现了高效可靠信息通信，而且充分利用了宝贵的能量资源。

现有的无线携能通信技术主要基于两种方法：功率分配方法和时间转换方法。在功率分配方法中，接收端利用一部分接收到的功率进行信息解码，利用剩余的功率进行能量接收。在时间转换方法中，接收端在一个时隙中利用全部接收到的功率进行信息解码、另一个时隙进行能量接收。这两种方法中，接收端需要增加一个分配器来进行信息解码和能量接收，为无线携能通信技术增加了设计复杂度和成本，且能量收集效率和频谱利用率较低。

发明内容

为了克服现有无线传感器网络中无线携能通信方法接收端设计复杂度高、能量收集效率和频谱利用率较低的问题，为了提高能量收集效率和频谱利用率，本发明提供一种有效降低传感器接收端设计复杂度且提高效率的基于OFDM中继解码转发的无线携能通信方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于OFDM中继解码转发的无线携能通信方法，无线携能通信系统由一个源节点S，一个目的节点D和一个中继节点R组成，S→R链路和R→D链路的整个带宽都被分成K个子载波，传输时间分为两个均等时隙，所述无线传感器网络中基于OFDM中继解码转发的的无线携能通信方法包括以下步骤：

1)源节点广播信号给中继节点和目的节点，中继节点用一部分子载波进行信息解码，用剩余部分子载波进行能量收集；

2)中继节点利用收集到的能量中继转发信息给目的节点；

中继节点的子载波和功率联合分配问题建模为：

满足以下条件

其中，p₁＝{p_k,q_k}，p₂＝{p_k'}，和分别表示用于接收信息和收集能量的子载波集合，p_k和q_k分别表示子载波k在S→R链路上用于接收信息和收集能量的功率，p_k'表示子载波k'在R→D链路上用于接收信息的功率，R表示目的节点经过两个时隙传输后获得的速率，R₁和R₂分别表示第一时隙中继节点接收到来自源节点的速率和第二时隙目的节点接收到来自中继节点的速率，P表示源节点总发射功率，h_k表示子载波k在S→R链路上的信道增益，表示子载波k在中继节点上接收源节点信号的信道噪声方差；

通过拉格朗日对偶分解方法获得上述的最优子载波和功率分配：

其中，β₁，β₂，β₃和β₄表示拉格朗日乘子，P_max和P_min表示在每个子载波k上的最大和最小功率限制，g_k'表示子载波k'在R→D链路上的信道增益，表示子载波k'在目的节点上接收中继点信号的信道噪声方差，

进一步，所述步骤1)中，中继节点接收到来自源节点的速率表示为：

中继节点接收到的能量表示为：

其中ζ表示能量转换效率。

再进一步，所述步骤2)中，目的节点接收到来自中继节点的速率可以表示为

目的节点经过两个时隙传输后获得的速率表示为：

R＝min(R₁,R₂) (11)。