[发明专利]基于无线能量传输的双向中继系统的最大化最小用户速率方法

摘要

本发明涉及基于无线能量传输的双向中继系统的最大化最小用户速率方法，包括：能量站获取信道状态信息，计算最佳波束赋形器w和时间分配参数τ；能量站在前τT时间内向用户节点传输能量；用户节点利用收集到的能量向双向中继节点发送信息，在第一个(1‑τ)T/2时间内，两个用户节点利用收集到的能量同时向双向中继节点发送信息；在第二个(1‑τ)T/2时间内，双向中继节点将收到的用户信息，采用放大转发协议协助广播给两个用户节点；两个用户节点在收到信息后，各自通过处理消去原干扰信号并检测另一方发送来的信息。该方法通过实时的调整时间分配参数和波束赋形器，使得系统最小用户速率渐近达到理论最大最小用户速率，大幅提高了系统的能效。

主权项

1.一种基于无线能量传输的双向中继系统的最大化最小用户速率方法，其特征在于，所述的双向中继系统包括两个用户节点，双向中继节点和设有波束赋形器的能量站；所述的能量站配置M根天线，M≥1，用户节点和双向中继节点配置单根天线；具体包括如下步骤：1)能量站获取信道状态信息；所述的步骤1)中的信道状态信息包括：1a)能量站通过侦听两个用户节点的导频，估计出能量站与相应的用户节点之间的信道状态信息；1b)能量站通过两个用户节点反馈获得两个用户节点与双向中继节点之间的信道状态信息；2)能量站在获取信道状态信息后基于系统最小用户速率最大化计算最佳波束赋形器w和时间分配参数τ，0＜τ＜1；所述的步骤2)中基于系统最小用户速率最大化计算最佳波束赋形器w和时间分配参数τ是指：建立波束赋形器w和时间分配参数τ的联合优化问题，其目标函数与约束条件分别为：s.t 0＜τ＜1,||w||²≤1；其中，ρ表示能量站发射功率与噪声功率之比；ε表示双向中继发射功率与能量站发射功率之比；η表示能量利用效率；w表示波束赋形器；h₁、h₂、g₁和g₂分别表示用户A与双向中继节点、用户B与双向中继节点、能量站与用户A以及能量站与用户B之间的信道状态信息；d₁、d₂、d_u1和d_u2分别表示用户A与双向中继节点、用户B与双向中继节点、能量站与用户A以及能量站与用户B之间的距离；β表示路径衰落指数；||表示对向量取模；T表示转置；3)能量站基于最佳波束赋形器w在前τT时间内向用户节点传输能量，其中T为信道相干时间；4)能量传输阶段结束后，在第一个(1‑τ)T/2时间内，两个用户节点利用收集到的能量同时向双向中继节点发送信息；在第二个(1‑τ)T/2时间内，双向中继节点将收到的用户信息，采用放大转发协议协助广播给两个用户节点；5)两个用户节点在收到双向中继节点广播出的信息后，各自通过处理消去原干扰信号并检测另一方发送来的信息。