[发明专利]一种携能双向中继网络中的非对称功率分离比率的设计方法

说明书

本发明公开了一种携能双向中继网络中的非对称功率分离比率的设计方法，用以提高双向中继网络的中断性能，适用于三阶段携能双向中继通信网络。中继网络在传输信号时，中继节点按照某种准则确定功率分离比率，再利用选定的功率分离比率进行能量收集和信息解码。其中，中继节点R配备信息接收机和能量接收机，终端节点配备持续的电源供应。利用本发明，可降低两终端节点间信号传输时的中断概率，从而提高总中断容量的最大值，进而保障通信质量并获得较好传输性能。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种携能双向中继网络中的非对称功率分离比率的设计方法。

背景技术

现代社会通信需求的飞速增长促进了高效无线通信技术的发展，中继技术就是其中的典型代表。常用的中继节点往往采用半双工模式工作，导致信号的发送与接收无法同时进行，双向信息传输历经四个阶段，从而降低了网络频谱资源的使用率。业界对此存在两种解决思路，一是利用全双工中继代替半双工中继，但是该方法使得中继处自干扰现象严重，同时对节点的处理能力要求过高，实现难度比较大。另一种是双向中继(Two-WayRealy,TWR)技术，两终端节点各自或同时向中继节点发送信号，随后中继节点进行广播，与单向中继相比此技术具有较高的传输效率和信道利用率。

实际应用中，增加中继节点天线数目或配置多个中继节点同时转发信号均可提升无线衰落信道中双向中继网络的传输可靠性。但从资源和成本的角度出发，增加中继节点天线数目提升网络传输性能并不是最优方案。另外，目前通信节点常采用容量十分有限的电池供电，就此而言，不管是有线充电还是更换新电池开销都很大，因此配置多个中继节点同时转发信号的方案有时也不可行。

为保障高效通信且降低节点处能源损耗，应用于中继节点的无线携能通信技术(Simultaneous wireless information and power transfer，SWIPT)在此背景下应运而生。该技术不仅提升了射频(Radio Frequency，RF)信号利用效率，还减少了自然环境污染，目前针对此技术主要有两种中继协议：时间转换中继(Time Switching-based Relaying，TSR)协议和功率分离中继(Power Splitting-based Relaying，PSR)协议。现有关于PSR协议的研究一般采用对称功率分离传输机制，例如Nguyen Thi Phuoc Van和Syed FarazHasan等人在2017年的IEEE Communication Letters发表的名为“Three-Step Two-WayDecode and Forward Relay With Energy Harvesting”的文章中，研究了三阶段携能双向中继网络中基于对称功率分离传输机制的网络中断性能，该机制下无法根据不同的信道统计特性分别调整两端各自的功率分离比率，因此信号传输的总中断容量有待提升。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种携能双向中继网络中的非对称功率分离比率的设计方法，以降低在PSR中继协议下的三阶段双向中继通信网络的中断概率，从而提高总中断容量的最大值，进而保障通信质量并获得较好传输性能。

本发明一种携能双向中继网络中的非对称功率分离比率的设计方法，所述携能双向中继网络由终端节点A和B(i＝A,B)以及一个中继节点R组成，终端节点A和B处有持续电源供应；中继节点R为配备能量接收机和信息接收机的能量受限节点，针对终端节点A和B有设计非对称功率分离比率λ_A和λ_B(0＜λ_i＜1)；终端节点发送信号时中继节点R收集射频(Radio-Frequency，RF)信号能量，λ_iP_i部分转化为电能存贮在电池中，(1-λ_i)P_i部分作为信息进行解码；在信息传输过程中，中继节点R将收集的能量全部用于信号广播。