[发明专利]基于OFDM解码转发协作中继系统的无线携能通信方法

说明书

一种基于OFDM解码转发协作中继系统的无线携能通信方法，属于协作通信领域。该方法基于中继解码转发系统模型实现，包括源节点S、中继节点R、源节点的目的节点D1以及中继节点的目的节点D2。通信过程包括两个时隙，在第一个时隙中，源节点S向外广播信息；中继R将一部分子载波用于信息解码，另一部分子载波用于能量采集。在第二时隙，首先进行子载波的配对，将每个子载波分配好。中继R利用第一时隙收集的能量以及配好对的子载波将源节点S的信息转发到目的节点D1。同时中继节点R也利用剩余部分子载波传输自身的信息到自身的目的节点D2。本发明将协作中继技术与无线携能通信技术进行结合，提高传输系统的能量效率和频谱效率，提高系统整体性能。

技术领域

本发明属于协作通信领域，涉及一种基于OFDM解码转发协作中继的无线携能通信技术。

背景技术

OFDM是正交频分复用系统，它在无线通信系统中具有非常重要的地位。在无线信息传输中，频谱资源非常珍贵。无线电信号以电波作为载体，并且要使用相同的频率进行通信。如果我们同时要进行多个通信，那么就需要有很多不同的频率使各个通信不互相打扰。OFDM的大致原理是当高速的信息流经过时，把他们分成很多低速的信息流，然后再把这些低速信息分配到不同的子信道中传播，当接收机接收到这些信息以后，再把它们合并成为高速度的信息流。在这个系统中，子载波是相互正交的。由于系统的这一特性使得子载波得到充分的利用，也能够提高频带利用率。

在传统的无线通信中，无线电波的射频(RF)能量以热能的形式耗散，导致大量的能量消耗。无线携能通信是一种新型的无线通信范例。与传统无线通信不同的是，无线携能通信在传播无线信号的同时能够携带能量，所以它可以在传递信息的同时给无线装备供电。能量信号在进入安装了转换器的无线设备以后，将采集到的能量转化为电能储存到设备中，这些电能能够供应自身电量的消耗并且同时承担转换设备所需要的能量。无线携能通信方法大大减少了无线设备所需成本，同时避免了每隔一段时间就要更换电池的工作。无线携能通信方法的两个模型是功率分配(PS)和时间切换(TS)。TS在接收器的不同时隙内实现能量收集和信息解码，PS将接收到的信号分成两个功率流，一个用于能量收集，另一个用于信息解码。

协作通信是通过部署中继将源节点的信息转发到远程或衰落区域中的目的节点，协作通信可以提高无线通信的可靠性，容量和覆盖范围。它可以通过使用空间复用来提高分集增益来提高传输性能。它的协作模式主要可以分为放大转发(AF)模式和解码转发(DF)模式。AF模式中中继线性放大源节点信号，并将其发送到目的节点而不进行解码，DF则需要正确地解码源节点的信号，然后将重新编码的信号发送到目的节点。

现有的协作通信技术存在如下缺陷：

(1)在协作中继系统中，中继只是帮助转发源节点的信息，并没有考虑到中继节点自身的信息传输；

(2)在协作通信中，中继帮助源节点转发信息消耗部分能量，而这部分能量原本应该用于中继自身的信息传输。这样会导致中继节点的能量效率很低；

(3)TS由于需要准确的划分时隙，所以要求精确的时间同步，而这会增加算法的复杂性。由于PS会降低协作系统的信噪比，所以会导致系统的解码能力较差。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种考虑中继自身信息传输的通信方法。该通信方法中将协作中继技术与无线携能通信技术进行结合，使无线携能通信可以应用在低成本、低复杂度的无线传感器网络中，同时也能够进一步提高频谱效率和能量效率。采用解码转发的协作方式，对子载波和功率进行联合分配，保证中继节点在不牺牲任何代价的情况下转发源节点信息。同时，中继节点也能够传递自身的信息到目的节点。这种方法提高了传输系统的能量效率和频谱效率，使得系统整体性能提高。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案具体为：