[发明专利]一种无线能量和数据的联合传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线通讯技术，尤其涉及一种无线能量和数据的联合传输方法。

背景技术

在无线传感网中，传感节点的工作时间往往受到电池电量的限制。通过能量采集技术使传感器节点从周围环境中获得能量可以有效延长网络的工作寿命。随着无线能量传输技术的发展，除了太阳能、风能等常规可再生能源外，射频信号也成为一种新的可用能源[1]。在使用无线能量传输技术的通信系统中，信息和能量可以同时被传输。如何使无线网络获得能量传输效率和信息传输速率的最佳折中是目前研究的热点。目前的研究工作均未考虑在存在多个中继节点的双跳网络中，如何分配源节点和中继节点之间的能量传输时间，信息传输时间以及中继节点和目的节点之间的信息传输时间，以获得最短的传输时间(或最大的传输速率)，成为迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种无线能量和数据的联合传输方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明包括以下步骤：

(1)源节点通过信令信道广播中继节点的发送顺序；

(2)源节点先用τ₀时间向所有中继节点广播能量；

(3)用τ_l时间向第l个中继发送数据，l＝1,…,L。当其中一个中继接收数据时，其余中继机会性地从收到的射频信号中采集能量；

(4)在中继发送阶段，中继节点按照发送顺序向目的节点转发从源节点收到的数据，当一个中继在发送数据时，其他中继处于能量采集状态，在每次发送中，中继节点用完全部能量，在完成发送后，中继节点通过信令信道广播“END”，表示本次发送结束；下一个中继在收到上一个中继的结束指令后，从能量采集模式转换到数据传输模式，所有中继按照发送顺序轮流向目的节点发送数据，直到所有比特都传送给目的节点。

本发明的有益效果在于：

本发明是一种无线能量和数据的联合传输方法，与现有技术相比，采用本发明的技术方案能够在中继节点无稳定的能量供应，只能从源节点的射频信号中获取能量时，能够获得最大的传输速率，具有推广应用的价值。

附图说明

图1是本发明发送方案实例(L＝2,P_s＝P_l＝1mW)的曲线图；

图2是本发明中继节点的发送功率和平均传输速率的关系曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本发明中考虑一个包括一个源节点，L个中继节点和一个目的节点的高斯多中继信道。由于障碍物阻挡或深衰落的影响，在源节点和目的节点之间不存在直达径。在数据和能量传输过程中，源节点和中继之间的信道以及中继节点和目的节点之间的信道保持不变。源节点和第l个中继节点的发送功率分别是P_s和P_l(l＝1,…,L)。当源节点向第l个中继节点发送信息时，传输速率为b_s.l＝log(1+γ_s,lP_s/N₀)，其中，γ_s,l表示从源节点到第l个中继节点的信道增益。当第l个中继节点向目的节点发送信息时，信息传输速率为b_l＝log(1+γ_l,dP_l/N₀)，其中，γ_l,d表示从第l个中继节点到目的节点的信道增益。中继节点工作在半双工模式。为避免干扰，源节点和中继节点在不同时隙内发送信号或能量。中继节点对收到的信息进行解码前传。

假定所有中继节点都只能从源节点发送的射频信号中获得能量，并将能量存储在电池中，用于转发数据。若中继节点在转发完所有比特后仍有剩余能量，可将剩余能量以无线功率传输的方式转移给其他节点。由于实际电路的限制，中继节点无法同时采集能量和解码信息。假设中继节点以时分的方式采集能量和接收信息。当一个中继从源节点接收信息时，其他中继机会性地从收到的射频信号中采集能量。第l个中继节点的能量采集效率为ηγ_s,lP_s，其中，0＜η≤1为能量转换效率。而且，当一个中继发送信息时，其他中继也可从收到的射频信号中采集能量。当中继l发送信号时，中继l'的能量采集效率为ηγ_l,l'P_l，其中，γ_l,l'表示从中继l到中继l'的信道增益。