[发明专利]无线认知网络中传输信息和能量的中继预编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是无线通信技术领域，具体是一种无线认知网络中同时传输信息和能量的中继预编码方法。

背景技术

随着无线网络的发展，设备之间的信息和能量的无线传输受到越来越多的关注。为了满足人们日益增长的体验要求，智能终端的功能也不断的增多，随之而来的是智能终端的耗电量也越来越大。能量限制成了制约智能终端服务时间的一个重要因素。尽管更换电池可以延长智能终端的服务时间，但是这将减低智能终端的便捷性，并提升用户的使用成本。一个更方便、安全、绿色的替代方法是从环境中获取能量。这几乎为无线终端提供了永恒的能量来源。通常太阳能、风能可作为能量来源，除此之外，无线射频信号可作为一种可用的新的能量来源。值得注意的是，从无线射频信号中获取的能量一般适用于消耗功率低的网络，比如传感网络。但是如果建立了专用的无线能量传输网络，那么无线射频信号就可以作为一种稳定可靠的能量供给源了。这个话题不仅在学术上得到了广泛的研究，在工业应用领域的应用也颇受重视。有效地设计设备间传输的方法来帮助解决现实中信息和能量的传输的问题是一个亟待解决的重要课题。

本发明首先提出了一种基于无线中继网络中的同时进行信息和能量传输的传输流程。其中基站和中继之间的信道是理想信道，但是中继和用户之间的信道具有范数受限误差。针对所存在的误差本发明提出了一种信息和能量传输预编码的鲁棒性预编码设计方案。该方案相比非鲁棒性预编码设计方案，既能有效降低中继所消耗的功率，又可以保证接收端的服务质量和能量获取量。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种无线认知网络中传输信息和能量的中继预编码方法，由中继节点传输能量给用户，满足用户的能量需求，保证中继的发射功率小于一个门限值。

本发明的技术解决方案如下：

一种无线认知网络中传输信息和能量的中继预编码方法，其特点在于，该网络至少包括一个基站、多个中继和一个用户，其中，基站发送的信息经中继转发给用户，同时中继发送能量给用户，具体步骤如下：

步骤1.基站进行上、下行信道估计，并把信号发送给中继；

步骤2.中继在考虑中继和用户之间的信道误差的情况下，进行鲁棒性预编码，即将接收到的来自基站的信息以及期望传送给接收端的能量经鲁棒性预编码，获得接收到的信息的鲁棒性预编码矩阵W，期望传送给接收端的能量的鲁棒性预编码矩阵；

所述的鲁棒性预编码矩阵是使用户的信噪比SNR>S_th的概率最大的预编码矩阵，其中S_th是SNR的预设值；

步骤3.中继将处理后的信息以及期望传送给接收端的能量发送出去；

步骤4.用户接收中继发送的信息和能量信号。

所述的基站将信息发送给中继是基站可以测量到其与中继之间的信道状态信息，并把信息发送给中继。中继接收到的信号为

y_r＝Hs+n_r(1)

式中，s为基站发送的数据，H为基站与中继之间的信道，n_r为高斯噪声。

所述的中继要转发的信号包含信息信号和能量信号两部分。中继会分别对这两种信号进行预编码设计。中继的发送信号如下：

x_r＝WHs+Wn_r+Va(2)

式中的W是中继对接收到的信息的预编码矩阵，V中继对能量信号的预编码矩阵a。中继发送的能量，其满足

所述的用户接收到的信号包含中继转发的信号和噪声两部分。用户接收到的信号可以写为：

y_d＝G(WHs+Wn_r+Va)+n_d(3)

式中，G代表接收端和用户之间的下行信道。n_d是用户和中继之间的加性高斯白噪声。

整个模型的信道信息是基站与中继之间的信号时理想信道，而中继与用户之间的信道存在误差，则中继与用户之间的信道矩阵被建模为

其中，是CSI估计，ΔG是相应的信道状态信息误差。

如果每个节点都有完美信道信息，则有矩阵中的ΔG均是独立同分布的高斯变量,

用户的SNR表示为

接收端接收到的能量为y_E＝GVa，需要满足以下条件：