[发明专利]一种携能多天线中继的能量分配优化方法

说明书

本发明公开了一种携能多天线中继的能量分配优化方法，包括以下步骤：根据瞬时信道状态信息计算得到最优能量分配因子；源节点将信息发送给中继节点，中继节点根据最优能量分配因子将能量分成两部分，其中一部分用于解码其接收到的源节点信息并进行预编码，另一部分用于转发预编码后的信息；所述中继节点对将要传输的信息进行预编码，并将预编码后的信息发送给目的节点；所述目的节点接收到来自中继节点所发送的信息，并计算获得信道容量。本发明可以得到在中继节点处能量的最优分配，使系统容量达到最大，同时只需要利用统计信道估计参数以及中继节点处的能量转换效率，在实际无线通信系统中具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种携能多天线中继的能量分配优化方法，属于无线通信的技术领域。

背景技术

在过去的十几年中，全球移动通信技术发展迅速，无线网络系统必须拥有更大的容量，来满足人们日益增长的无线业务需求。在此背景下，无线中继通信应运而生，其主要思想是通过部署中继器来消除无线网络中的覆盖空洞，提高系统容量。但是，由于无线中继节点位置的随机性以及高移动性，在某些通信场景下很难获得稳定的主电源供给，从而导致了中继器的能量供应难题。为此，能量采集(Energy Harvesting)技术通过从周围环境采集能量，例如太阳能、风能、地热能等，也可以从无线电信号中采集能量，可望解决无线中继的能量供给问题。对于装有能量采集器的无线中继来说，其可以从自身接收到的无线电信号中采集能量，通常也称之为携能无线中继。在能量采集中继网络中，有两种典型的能量采集协议，分别是时隙交换协议(Time-Switching，TS)和功率分割协议(Power-Splitting，PS)。时隙交换协议是指将一个时隙分成两部分，一部分时间用来采集能量，剩下的时间用来发送信息。相比之下，功率分割协议是指将中继接收到的信号能量分成两部分，一部分能量存储下来用来转发信息，另一部分能量用来处理信息。

在传统的通信系统中，用户以及中继通常装置一根天线。现代通信系统则广泛采用多天线技术，通过使用多天线可以获得额外的空间分集增益。但现有的多天线中继中无法在提高能量采集效率的同时，改善无线传输容量，使得中继在能量分配上存在局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种携能多天线中继的能量分配优化方法，解决有的多天线中继中无法在提高能量采集效率的同时，改善无线传输容量，使得中继在能量分配上存在局限性的问题，本发采用了PS协议，通过将能量采集中继的能量进行最优分配，并得到最优能量分配因子，使系统容量达到最大。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种携能多天线中继的能量分配优化方法，包括以下步骤：

根据瞬时信道状态信息计算得到最优能量分配因子；

源节点将信息发送给中继节点，所述中继节点从接收到的信息中采集能量，及根据最优能量分配因子将采集的能量分成两部分，一部分能量用于转发信息，剩下的能量用于处理信息，处理信息包括预编码；

所述中继节点利用用于处理信息的能量对将要传输的信息进行预编码，并利用用于转发信息的能量将预编码后的信息发送给目的节点；

所述目的节点接收到来自中继节点所发送的信息，并计算获得信道容量。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述计算得到的最优能量分配因子为：

其中，ρ_opt为能量分配因子，η为能量转换效率；h_j,d表示中继节点的第j根天线与目的节点之间的瞬时信道衰落系数，j＝1,2,…,N；N为中继节点天线数目。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述中继节点对将要传输的信息进行预编码，包括：

获取最优预编码矩阵：