[发明专利]一种基于OFDM放大转发协作的无线携能通信方法

摘要

一种基于OFDM放大转发协作的无线携能通信方法，在该方法中，源节点发送信息给中继节点和接收节点，中继节点用一部分子载波接收信息，用剩余部分子载波来收集能量，接收节点则用全部子载波接收信息；中继节点利用其收集到的全部能量放大转发源节点的信息到接收节点；中继节点只需要知道哪些子载波用于信息接收，哪些子载波进行能量接收，即中继节点只要知道用于信息接收和能量接收的子载波序号，不需要增加分配器。本发明有效降低了设备的设计复杂度，且通过中继节点的放大转发协作，有效提高了能量收集效率和频谱利用率，大大改善了系统性能。

主权项

一种基于OFDM放大转发协作的无线携能通信方法，无线携能通信系统由一个源节点S，一个接收节点D和一个中继节点R组成，发送端有K个子载波，传输时间分为两个均等时隙，各占传输时间的，其特征在于：所述基于OFDM放大转发协作的无线携能通信方法包括以下步骤：1)源节点发送信息给中继节点和接收节点，中继节点用一部分子载波接收信息，用剩余部分子载波来收集能量，接收节点则用全部子载波接收信息；2)中继节点利用其收集到的全部能量Q放大转发源节点的信息到接收节点；源节点和中继节点之间的子载波和功率分配问题建模为：满足以下条件其中，ρ＝{ρk,k'}，p＝{pd,k,pe,k,pd,k',pr,k'}，和分别表示S→R链路上用于信息和能量接收的子载波集合，ρk,k'表示子载波配对系数，如果第一个时隙的子载波k和第二个时隙的子载波k'进行配对，则ρk,k'＝1，否则ρk,k'＝0，pd,k和pe,k分别表示子载波k在S→R链路上用于信息和能量接收的功率，pd,k'表示子载波k'在S→D链路上用于信息接收的功率，pr,k'表示子载波k'在R→D链路上用于信息接收的功率，Rd表示接收节点通过两个时隙信息发送获得的总速率，P表示源节点发送总功率，h2,k表示子载波k在源节点到中继节点的信道系数，表示子载波k在中继节点上接收源节点信号的噪声方差。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：pd,k*=(γ2,k2γ3,k′tk,k′3-2β2tk,k′(γ2,ktk,k′+γ3,k′)22β2(γ2,ktk,k′+γ3,k′)[γ1,kγ2,ktk,k′2+γ3,k′(γ1,k+γ2,k)tk,k′])+---(3)]]>pe,k*=[12(β1-β2γ2,k)-1γ1,k]+---(4)]]>pr,k′*=(γ2,k2γ3,k′tk,k′2-2β2(γ2,ktk,k′+γ3,k′)22β2(γ2,ktk,k′+γ3,k′)[γ1,kγ2,ktk,k′2+γ3,k′(γ1,k+γ2,k)tk,k′])+---(5)]]>pd,k′*=(12β3-1γ1,k′)+---(6)]]>ρk,k′*=1---(8)]]>k′*=argmaxk′Ek.k′---(9)]]>其中，β1，β2和β3表示拉格朗日乘子，h1,k，h1,k'和h3,k'分别表示子载波k和k'在源节点到中继节点，源节点到接收节点和中继节点到接收节点的信道系数，和分别表示子载波k和k'在中继节点接收源节点信号，接收节点上接收源节点和中继节点信号的噪声方差，tk,k′=2β2γ1,kγ2,kγ3,k′+4β2γ2,k2γ3,k′2(β1γ1,kγ3,k′+β1γ2,kγ3,k′-β2γ1,kγ2,k)2γ2,k2(β1γ3,k′-β2γ1,k)---(10)]]>Ek,k′=12ln(1+pd,k*γ1,k+pd,k*γ2,kpr,k′*γ3,k′1+pd,k*γ2,k+pr,k′*γ3,k′)-12ln(1+pd,k′*γ1,k′)-β2pr,k′*+β3pd,k′*---(11)]]>Fk,k′=Ek,k′+β1pe,k*-12ln(1+pe,k*γ1,k)-β1pd,k*-β2(pe,k*γ2,k+σ2,k2)---(12).]]>