[发明专利]基于PS策略的SWIPT双向传输中继系统中限制延时传输方法

说明书

本发明公开了基于PS策略的SWIPT双向传输中继系统中限制延时传输方法。信能同传(SWIPT)双向传输中继系统包括两个有源的源节点和一个无源的中继节点。中继节点具有射频能量收集能力，并且采用功率分割(PS)策略。整个通信信道为准静态瑞利衰减信道。SWIPT双向传输中继系统采用限制延时中继(LDR)策略，LDR策略是指在接收端节点和发送端节点必须保证严格的时间同步，如果单条信道的信道增益不能满足通信条件，那么整个通信系统的通信都中断。通过理论推导，得到实际最大吞吐量与功率分割系数之间的函数关系。以实际最大吞吐量的最优为目标建立优化问题，采用最优化算法，得到最优的功率分割系数和最优的实际最大吞吐量。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及基于PS策略的SWIPT双向传输中继系统中限制延时传输方法。

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。射频信号信息和能量同时传输的技术被称为信能同传技术，也被称为SWIPT(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer)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。

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。

SWIPT技术可以有效提升网络的频谱利用率、减小延迟、降低功耗，因此，不少学者考虑将SWIPT技术应用于中继通信系统。单向中继传输过程中，可以增加网络传输的距离，但是需要以耗费更多的时间资源作为代价，双向中继传输方式就可以很好地解决这个弊端。现有的SWIPT双向传输系统中大部分对最大吞吐量的研究都是偏向于理想化，本发明公开了基于PS策略的SWIPT双向传输中继系统中限制延时传输方法，其中，无源中继采用PS接收策略。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开基于PS策略的SWIPT双向传输中继系统中限制延时传输方法。本发明考虑基于功率分割(PS)策略的SWIPT双向传输中继系统，其中，两个源节点为有源，中继节点为无源，结构框图在图1中给出。

如图1所示，两个有源的源节点相互传输信息，但是两个源节点之间不能直接进行通信，信号必须经过中间的无源、但是具有射频能量收集能力的中继节点才能到达另一个源节点。因此，中继节点在整个通信过程中不仅需要对两边的源节点发出的信息进行转发，还要从其中的一个源节点所发射的射频信号中获取能量，来保证整个通信系统的正常运行。整个通信系统采用限制延时中继(LDR)策略。LDR策略是指在接收端节点和发送端节点必须保证严格的时间同步，也就是接收速率要一直与发送速率相等，如果单条信道的信道增益不能满足通信条件，那么整个通信系统的通信都中断。

如图1所示，在基于PS策略的SWIPT双向传输中继模型中，包括两个有源的源节点U₁、U₂和一个能源受限的中继节点h表示源节点U₁与中继节点之间的信道增益，g表示源节点U₂与中继节点之间的信道增益，P₁表示源节点U₁的发射功率，P₂表示源节点U₂的发射功率。ρ表示在中继节点收集能量的功率分割系数，ρ∈[0，1]，无源的中继节点以的比例将接收的电磁波信号分别送入能量收集模块(EH)和信息处理模块(IT)，即分别用于获取所需能量和接收信息。