[发明专利]SWIPT系统中无源中继收集干扰能量来提高最优系统速率方法

说明书

本发明涉及了SWIPT系统中无源中继收集干扰能量来提高最优系统速率方法，属于无线通信技术领域。中继的传输方法采用基于时间分割的SWIPT技术。所述方法包括以下内容：具有无源中继的SWIPT系统在强干扰环境下停止工作，中继收集干扰信号的能量，然后将收集的干扰能量平均分配到下次干扰信号到来之前的通信过程中。采用最优化算法，系统实时动态地调整时隙分割系数，得到最优时隙分割系数和最优系统速率，从而降低具有无源中继SWIPT系统的最优系统速率受干扰信号影响的程度，改善系统性能。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及SWIPT系统中无源中继收集干扰能量来提高最优系统速率方法。

背景技术

射频信号不但携带要传输的信息，而且其自身也具有能量。在无线通信系统中，如果可以在使用射频信号传输信息的同时传输能量，就可以很大程度上地延长无线网络系统的使用寿命。研究射频信号信息和能量同时传输的技术被称为SWIPT技术，该项技术的研究对无线传输网络的发展具有重大意义。

中继技术可以延伸通信的覆盖范围、提高系统的容量以及提高用户的服务质量。中继作为通信系统的一个转发节点，具有接收和转发的功能，中继接收机的接收策略对系统的性能有重要的影响。

信息和能量同时传输，关键在于接收机的设计，现有接收机的接收策略，主要有时间分割(TS)、功率分割(PS)以及TS和PS相结合等几种方式。目前，在不考虑干扰的情况下，TS和PS方案都已经给出了最优策略。

无线通信系统中的干扰信号是无处不在的，过强的干扰信号使通信中断，严重影响系统的性能。然而，干扰信号作为无线信号也可以被当作能量进行收集。现有的无源中继SWIPT系统在强干扰环境下停止工作，从而导致系统速率的降低，系统性能受到很大的影响。所以，研究降低强干扰环境下系统速率受干扰信号影响程度的方法是非常有必要的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出SWIPT系统中无源中继收集干扰能量来提高最优系统速率方法，该方法可以在强干扰环境下降低具有无源中继SWIPT系统的最优系统速率受干扰信号影响的程度，改善系统的性能。

本发明的技术方案如下：

有源的发射机发射的信号x首先到达中继，经过中继放大转发，中继是无源的，依靠从射频信号中收集的能量来转发信号。中继接收到的信号为：其中，h为发射机到中继链路的信道增益；P为发射机的发射功率；n_A为中继的天线噪声，表示n_A服从均值为0、方差为的圆对称复高斯分布。

系统在运行过程中，存在以下两种情况：

(1)系统因强干扰信号而停止信息和能量同时传输工作，但是中继进入能量收集(EH)模式，从而收集干扰能量。此时，中继将持续时间为mT的干扰信号的能量收集并存储，即收集干扰能量；然后平均分配到下次干扰信号到来之前的nT时间，即n个通信时隙中，T为一个时隙的时间长度。所以，中继收集的干扰能量为：E_I＝ηmTP_I，其中，P_I为干扰功率，η表示能量转换效率。该段干扰结束后分配到后续传输的每个通信时隙的能量为：E′_I＝η(m/n)P_IT＝ηξP_IT，其中，ξ＝m/n，表示干扰系数，假设0≤m≤n，则0≤ξ≤1。

(2)没有干扰信号或者干扰信号不强时，系统正常工作。此时，中继在一个通信时隙内从信号中收集的能量为：E_EH＝ηhPαT，其中，α为时隙分割系数，0＜α＜1。

中继的转发功率为：

经过中继放大之后的信号为：