[发明专利]一种基于中继选择的能量采集中继系统时间优化分配方法

说明书

本发明针对具有能量采集功能的多中继系统，提出一种基于中继选择的时间优化分配方法。该方法中的多个中继节点都工作在无线能量传输(WET)的能量采集模式下，基于能量因果性和数据因果性的限制，构建了系统端到端吞吐量最大化的优化模型，采用分支定界法对每一个时隙所使用的中继节点进行选择。针对中继节点对剩余能量的不同使用情况，分别采用单纯形法和独立求解法对每个时隙中源节点和中继节点的传输时间进行优化分配，以提高目的节点接收到的数据量。本发明实现了多中继协作时中继节点与传输时隙的配对，以及源节点和中继节点传输时间的优化分配，能够有效提升系统吞吐量性能，且具有节省能耗开销的优点。

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种基于能量采集的多中继网络资源分配方法。

背景技术

随着无线通信技术的迅速发展，未来的无线通信网络将会是一个支持多种无线通信系统的异构网络，以提供更高的传输速率和更可靠的传输性能。在频谱资源日趋紧张的背景下，多天线系统由于能够显著提升系统的传输性能和频谱效率，已经受到了广泛的关注。

协作通信作为多天线技术的一种扩展，主要是通过中继技术来实现，其基本思想是利用无线电波的广播特性，不同用户共享彼此的天线，形成虚拟的MIMO系统，从而在单天线终端的条件下也可以获得分集增益。相比于以往的通信方式，协作通信可以提供更高的分集增益、更高的吞吐率、更高的资源利用率以及有效降低发射机的发射功率。

传统的中继技术中，参与协作的中继节点的电池容量是有限的，频繁地充电或更换电池极为不便，而且在一些场景下还会导致较高的成本开销。能量采集技术被视为一种为中继节点供电的先进技术，由于射频信号可以同时携带信息和能量，所以中继节点除了可以从周围环境的可再生资源中(如太阳能、风能、地热能等)收集能量，还可以在接收信息的时候采集能量，从而延长能量受限的无线网络的生存时间，并以此衍生出了一种称之为无线能量传输(WET)的能量采集技术。

因此，在中继节点具有能量采集功能的情况下，如何根据瞬时信道状态和当前中继节点采集到的能量，合理地对中继网络的资源进行分配是目前的一个研究热点。本发明在两跳多中继(不考虑直传链路)场景下，以工作在WET能量采集模式下的中继节点为研究对象，在中继节点受到能量因果性和数据因果性的限制下，以系统端到端吞吐量最大化为优化目标，提出了一种中继选择方案，对每一个时隙所使用的中继节点进行了选择和配对。以目的节点接收到的数据量最大化为目标，提出了一种时间分配方案，对每个时隙中源节点和中继节点的传输时间进行了优化分配。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种能量采集中继系统中基于中继选择的时间优化分配方法，通过合理选择每个时隙所使用到的中继节点，提升系统端到端吞吐量，并且以中继选择的结果为基础，对源节点和中继节点在每个时隙中的传输时间进行了优化分配。

技术方案：本发明的能量采集中继系统中基于中继选择的时间优化分配方法，包括以下步骤：

1)初始化：帧长时间T，一帧包含N个时隙，每个时隙持续时间为T_C，K为参与协作的具有能量采集功能的中继节点数，N≥K，即时隙数不少于中继节点个数，令中继节点序号i＝1，时隙序号j＝1；

2)计算第i个中继节点在第j个时隙从源节点处获取的功率其中0＜η≤1表示能量转换系数，P_S为源节点S的发送功率，为在第j个时隙源节点与第i个中继节点之间的信道增益；

3)j＝j+1，判断j是否大于时隙数N，若小于，转到步骤2)；否则令i＝i+1，判断i是否大于中继节点数K，若小于，重置j＝1，转到步骤2)；否则转到步骤4)；