[发明专利]一种基于非线性能量采集模型的多中继系统动态功率分配方法

说明书

本发明公开了一种基于非线性能量采集模型的多中继系统动态功率分配方法，以系统目的节点中断概率最小化为目标，对工作在非线性能量采集模型下的各个中继节点的功率分割系数和发送功率进行联合优化，寻求最优的功率分配方案，步骤如下：根据信道状态信息得到每个中继节点在第一时隙接收到的信号对第k个中继节点的接收信号按能量采集和信息接收两个模块进行比例为的功率分配；根据非线性能量采集模型得到第k个中继节点采集能量根据放大前传协议将信号转发至目的节点，得到目的节点在第二时隙接收到的信号计算各链路的瞬时信道容量采用最大比合并方式计算得到系统联合中断概率经过一次等价变形处理得最终待优化目标函数；计算得出最优解

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于非线性能量采集模型的多中继系统动态功率分配方法。

背景技术

多输入多输出(MIMO)技术是无线衰落环境下实现高数据传输和提高系统容量的重要途径之一，但受发射功率以及节点尺寸的限制，在尺寸小的终端节点上应用该技术比较困难。协作通信是一种虚拟的MIMO技术，其基本思想是利用中继技术和无线电波的广播特性，实现用户间的天线共享，使终端在单天线的条件下也可以获得分集增益。

传统的中继技术面临中继节点电池容量有限的问题，通常需要周期性地对电池进行充电、或者更换电池。对于工作环境恶劣的中继节点，使用传统方法对电池进行充电或更换电池存在操作困难、甚至无法实现等问题，无线能量传输/采集技术开发成为迫切需求。其中，无线信息传输的同时对信号进行能量采集是解决中继节点能量续航的潜在方案。在基于能量采集的中继系统中，如何对中继系统的资源进行合理地配置是影响系统性能的关键。

目前已有一些研究提出了基于能量采集的中继系统资源分配方法，但这些方法通常考虑线性形式的能量采集模型，与实际电路情形不符。在实际的接收设备中，接收机电路的输入-输出特性为非线性。公布号为CN105451343A、公布日为2016年03月30日的一篇名为“一种基于能量采集的多中继网络资源分配方法”的发明专利，提出在满足性能要求的情况下，选择一个最优中继参与协作，具有减少能量开销、实现简单的优点。其不足之处在于能量采集模型考虑的是与实际电路情况不匹配的简单线性模型，而且仅仅考虑选择最优中继来实现信息转发，这也是对中继资源的一种浪费。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于非线性能量采集模型的多中继系统动态功率分配方法，在两跳多中继(不考虑s→d直达链路)场景下，以系统目的节点中断概率最小化为目标，对工作在非线性能量采集模型下的各个中继节点的功率分割系数和发送功率进行联合优化，寻求最优的功率分配方案，有效降低系统中断概率。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于非线性能量采集模型的多中继系统动态功率分配方法，其特征在于，所述的功率分配方法包括下列步骤：

S1、信号x在额定发送功率P_s的条件下由源节点s经过信道发送至K个中继节点，第k个中继节点r_k在第一时隙接收到的信号为其中，1≤k≤K，是源节点s与中继节点r_k之间的信道系数，是s与r_k之间的信道噪声；

S2、中继节点r_k利用功率分裂器将接收信号分裂为功率比为的独立两路信号，其中一路信号传输至信息接收模块进行信息接收，另一路信号传输至能量采集模块进行能量采集，并将采集到的电能存储在电池中，为中继节点r_k提供能量续航，其中，是中继节点r_k的能量采集与信息接收之间的功率分割系数，满足约束条件

S3、根据所述的信号计算中继节点r_k的采集功率其中，是中继节点r_k在非线性能量采集模型下所能采集到的最大功率，其中是由中继节点r_k的能量采集电路特性所确定的两个常数，其中