[发明专利]一种基于瑞利信道能量收集的协作通信系统

说明书

本发明公开了一种基于瑞利信道能量收集的协作通信系统，包括源节点s、半双工中继节点r、目的节点d、能量源节点b以及窃听节点e。源节点s和目的节点d之间无直通链路，中继节点r接收源节点s的数据，并转发给目的节点d，所述中继节点r能量有限，从能量源节点b收集能量，收集能量结束后接收源节点s的数据，然后利用收集到的全部能量将收集到的信息解码转发给目的节点d，根据能量收集信道的瑞利分布特性，分析计算中继协作通信系统的中断概率Psubgt;Rout/subgt;，通过采用不动点迭代方法计算出使中断概率最小的时间分配因子αsubgt;o/subgt;，按这个时间分配因子确定中继节点的能量收集时间αsubgt;0/subgt;T，信息接收时间(1‑αsubgt;0/subgt;)T/2和信息发送时间(1‑αsubgt;0/subgt;)T/2，来保证中继协作通信系统的中断概率最小，协作通信系统性能最优。

技术领域

本发明涉及的是一种基于瑞利信道能量收集的协作通信系统，具体的说，是一种利用瑞利分布能量收集信道的统计特性，通过分析计算，选择合理的能量收集、信息接收和信息传输时间，使中断概率最小的基于能量收集的协作通信系统。

背景技术

无线通信网络系统中，由于中继节点受到能量的限制，一旦设备电池耗尽，通常很难更换电池。而能量收集(energy harvesting，EH)技术能够为能量受限的网络提供几乎无限的能量供应。能量收集协作通信网络，可以在一定程度上提高数据的传输速率，又能够节省能源并延长系统工作时间，因此能量收集中继网络引起了广泛关注和应用。在中继网络中，时间转换策略是一种常用的能量收集技术。如何确定能量收集、信息接收和信息发送之间的时间比例分配，提高中继协作通信系统的性能，是一种非常关键的技术。如果能找到一种系统、方法或技术，可以确定出能量收集的时间，来保障中继协作通信的中断概率最小，这种系统、方法或者技术必然显著提高中继协作通信系统的性能。

发明内容

本发明的目的是：设计一种基于瑞利信道能量收集的协作通信系统(如图1所示的通信系统)，利用能量收集信道的统计特性，分析计算出可以使整个协作通信系统中断概率最小的能量收集时间比例，由此保证基于能量收集的协作通信系统性能最优。

本发明的技术方案是：一种基于瑞利信道能量收集的协作通信系统，包括源节点s、半双工中继节点r、目的节点d、能量源节点b以及窃听节点e，源节点s和目的节点d之间无直通链路，中继节点r接收源节点s的数据，并转发给目的节点d，中继节点r能量有限，从能量源节点b收集能量，收集能量结束后接收源节点s的数据，然后利用收集到的全部能量将收集到的信息解码转发给目的节点d，中继节点r完成一次数据传输整体时间为T，其中能量收集时间为αT，信息接收时间为(1-α)T/2，信息发射传输时间为(1-α)T/2，α表示时间分配因子，时间分配因子α按如下的步骤确定：

步骤一：确定中继节点收集能量：在第1时隙αT内，中继节点r收集能量源节点b的辐射能量，中继节点在αT时间内收集到的能量E_h可以表示为：E_h＝ηP_b|h_br|²αT，其中，η表示能量收集系统的转换效率，取值范围为0＜η＜1，实际大小取决于整流过程和能量采集电路；P_b为能量源节点b的平均发射功率；h_br为能量源b至中继节点r的信道增益，能量收集信道服从均值为0，方差为的瑞利分布；

步骤二：确定中继节点接收信号模型：第2时隙(1-α)T/2内，源节点s向中继节点r发送信息，中继节点r接收信号y_r可表示为：其中，P_s表示源节点的平均发射功率，h_sr为源节点s至中继节点r的信道增益，服从均值为0，方差为的瑞利分布，x_s为源节点发送的数据，且满足E{|x_s|²}＝1，n_r为中继节点接收到的带限加性高斯白噪声，n_r～N(0,N₀)，其中N₀表示噪声功率谱密度或方差；