[发明专利]一种基于OFDM放大转发协作的无线携能通信方法

说明书

一种基于OFDM放大转发协作的无线携能通信方法，在该方法中，源节点发送信息给中继节点和接收节点，中继节点用一部分子载波接收信息，用剩余部分子载波来收集能量，接收节点则用全部子载波接收信息；中继节点利用其收集到的全部能量放大转发源节点的信息到接收节点；中继节点只需要知道哪些子载波用于信息接收，哪些子载波进行能量接收，即中继节点只要知道用于信息接收和能量接收的子载波序号，不需要增加分配器。本发明有效降低了设备的设计复杂度，且通过中继节点的放大转发协作，有效提高了能量收集效率和频谱利用率，大大改善了系统性能。

技术领域

本发明属于无线通信领域中的无线携能通信技术领域，尤其是一种无线携能通信方法。

背景技术

随着通信技术的不断发展，无线通信在人类生活中逐渐占据无比重要的地位，与此同时，不断增长的能量和频谱资源的需求制约着无线通信的进一步发展。无线携能通信技术应运而生，无线携能通信技术是无线信息传输技术和能量收集技术相结合的产物，通过接收周围环境中的射频信号，在获取信息的同时收集能量，不仅实现了高效可靠信息通信，而且充分利用了宝贵的能量资源，为无线通信系统设计和无线资源分配带来深远的变革。

现有的无线携能通信技术主要基于两种方法：功率分配方法和时隙切换方法，这两种方法都需要在接收端额外增加一个分配器才能实现信息和能量的同时接收，为无线携能通信技术增加了设计复杂度和成本，且能量收集效率和频谱利用率较低。

发明内容

为了克服现有无线携能通信方法中接收端设计复杂度高、能量收集效率和频谱利用率较低的问题，为了提高能量收集效率和频谱利用率，本发明提供一种有效降低接收端设计复杂度且提高效率的基于OFDM放大转发协作的无线携能通信方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于OFDM放大转发协作的无线携能通信方法，无线携能通信系统由一个源节点S，一个接收节点D和一个中继节点R组成，发送端有K个子载波，传输时间分为两个均等时隙，各占传输时间的所述基于OFDM放大转发协作的无线携能通信方法包括以下步骤：

1)源节点发送信息给中继节点和接收节点，中继节点用一部分子载波接收信息，用剩余部分子载波来收集能量，接收节点则用全部子载波接收信息；

2)中继节点利用其收集到的全部能量Q放大转发源节点的信息到接收节点；

源节点和中继节点之间的子载波和功率分配问题建模为：

满足以下条件

其中，和分别表示S→R链路上用于信息和能量接收的子载波集合，ρ_k,k'表示子载波配对系数，如果第一个时隙的子载波k和第二个时隙的子载波k'进行配对，则ρ_k,k'＝1，否则ρ_k,k'＝0，p_d,k和p_e,k分别表示子载波k在S→R链路上用于信息和能量接收的功率，p_d,k'表示子载波k'在S→D链路上用于信息接收的功率，p_r,k'表示子载波k'在R→D链路上用于信息接收的功率，R_d表示接收节点通过两个时隙信息发送获得的总速率，P表示源节点发送总功率，h_2,k表示子载波k在源节点到中继节点的信道系数，表示子载波k在中继节点上接收源节点信号的噪声方差。

通过拉格朗日对偶分解方法获得上述的最优子载波和功率分配：