[发明专利]面向FD多中继协作SWIPT网络的中继选择优化方法

说明书

本发明公开面向FD多中继协作SWIPT网络的中继选择优化方法，属于计算、推算或计数的技术领域。就该优化方法又提出发射端已知各中继电池电量信息和发射端未知各中继电池电量信息两种应用场景，以目的节点信道容量最大化为优化目标，通过在时间上充分利用中继处的能量收集模块增加了被选择中继处的发射功率，从而进一步提升了系统容量。本发明提升了全双工多中继协作SWIPT网络中单中继选择算法、贪婪中继选择算法和穷竭中继选择算法这三种中继选择算法的容量性能和中断性能。

技术领域

本发明涉及无线信息与能量同传技术，具体涉及面向FD多中继协作SWIPT网络的中继选择优化方法，适用于不便更换电池或更换电池难度较大的物联网节点、终端节点等设备的无线信息和能量传输，属于计算、推算或计数的技术领域。

背景技术

能量收集(EH,Energy Harvesting)技术已经成为延长能源受限无线通信网络生命周期的解决方案。各种能量来源中，射频(RF,Radio Frequency)信号携带的能量更加稳定并且可以根据系统需求进行自适应调节。RF信号作为信号的载体，已经广泛地应用于无线信号传输(WIT,Wireless Information Transfer)，而RF信号又能够携带能量使得无线信息与能量同传(SWIPT,Simultaneous Wireless Information and Power Transfer)技术成为可能。

然而，现有的最先进的RF能量接收机还不能直接处理信号所携带的信息，于是研究人员提出时间切换(TS,Time Switching)和功率分割(PS,Power Splitting)两种实用策略来协调运行信息处理模块(IP,Information Processing)和EH模块。在TS策略中，IP模块和EH模块的运行时间相互错开，电路的设计与实现较为简单，但信息传输并不连续，并且为了适应信息传输的不连续性，信号发送端需要在信号编码上作调整以避免在EH模块运行期发送有用信号。PS策略则将RF能量接收机的接收信号按照功率划分为两部分，一部分用于IP模块，一部分用于EH模块。PS策略解决了信息传输的不连续性，更好地利用了通信系统的时间资源，但同时也增加了RF能量接收机的电路实现难度。

由于RF信号会遇到路径损耗和多径衰弱等问题，为了扩大信号覆盖的范围、提高通信服务的质量，中继协作通信越来越来多地与SWIPT技术结合起来使用。在中继协作通信网络中，放大转发(AF,Amplify and Forward)协议和译码转发(DF,Decode and Forward)协议是两种基本的转发协议。DF协议将中继处的接收信号先解码再转发给信号接收端，解码电路过滤了接收信号中所夹杂的天线噪声但同时也增加了中继处的电能损耗。AF转发协议则只对接收信号做简单的线性放大处理，在放大有用信号功率的同时也放大了噪声功率。然而，AF转发协议实现简单，不需要能耗较高的解码电路。在中继协作SWIPT网络中，中继的电路运行功率完全由中继所接收的RF信号提供，为了降低中继的能耗，实际应用中更多采用AF转发协议而不是耗能更多的DF转发协议。