[发明专利]基于TS策略的包含直接链路SWIPT中继系统中吞吐量优化方法

说明书

本发明公开了基于TS策略的包含直接链路SWIPT中继系统中吞吐量优化方法。包含直接链路的信能同传(SWIPT)中继系统中包括一个源节点、一个中继节点和一个目的节点。源节点和目的节点是有源的；中继节点是无源的、但是具有射频能量收集能力，并且采用时间分割(TS)策略。所有的信道为准静态块衰落信道。目的节点利用最大比合并的方法，合并分别来自直接链路(源节点和目的节点之间的链路)和中继转发链路的信号，作为目的节点最终的信号。整个通信系统采用限制延时的传输模式。通过理论推导，得到吞吐量与收集能量时间系数之间的函数关系。以吞吐量的最优为目标建立优化问题，采用最优化算法，得到最优的收集能量时间系数和最优的吞吐量。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及基于TS策略的包含直接链路SWIPT中继系统中吞吐量优化方法。

背景技术

随着信息时代的快速发展，无线网络的规模不断扩大，网络中的节点数目急剧增加。在传统的网络中，节点的能量是由容量有限的电池所提供的，这一供能方式决定了节点使用寿命的有限性。同时，面对越来越多的节点，频繁地更换电池会耗费大量的人力物力。然而，信能同传技术(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer，SWIPT)的出现和发展为这一问题的解决提供了新思路。SWIPT技术可以为通信网络中的无源节点通过射频信号收集能量，同时还可以利用射频信号传输信息。该技术避免了传统供能方式的弊端，并且极大地延长了网络节点的使用寿命。因此，SWIPT技术在无线通信网络中的应用备受关注。

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。

随着SWIPT技术的快速发展，不少研究者在中继系统中考虑使用SWIPT技术。对于单输入单输出的中继系统，中继的运行策略是目前研究的重点。在通信系统中加入中继后，可以有效减弱路径衰减，提升系统的传输距离和系统性能。在目前的研究中，大部分学者都忽略了直接链路传输，而只考虑中继链路的传输，这会造成资源的浪费，影响系统的通信效率，限制系统性能的提升。因此，本发明公开了基于TS策略的包含直接链路SWIPT中继系统中吞吐量优化方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开基于TS策略的包含直接链路SWIPT中继系统中吞吐量优化方法。如图1所示，包含直接链路SWIPT中继系统模型中包括一个源节点S、一个中继节点R和一个目的节点D。将源节点S向目的节点D传输信息的链路称为直接链路(DL)。将源节点S通过中继节点R发送信息给目的节点D的链路称为中继转发链路(RL)。源节点S和目的节点D是有源的，即这两个节点没有能量限制，它们都有固定的能量供应；而中继节点R没有提供能量的设备，需要从源节点S的射频信号获取能量。中继节点利用收集的能量，将来自源节点S的信息转发到目的节点D。中继节点采用TS接收策略。中继节点工作在解码转发(DF)模式下，只有当中继节点接收信号的信噪比大于等于阈值时，中继节点才会无误地解码，否则就会发生中断，中继节点就不会向目的节点转发信息，中继节点将已经收集的能量储存起来，用于维持中继系统基本的运行，包括电路自身消耗能量和解码所需能量等。而成功地解码后，中继节点收集的能量完全用于中继转发信息。目的节点利用最大比合并(MRC)的方法，合并分别来自直接链路(DL)和中继转发链路(RL)的信号，作为目的节点最终的信号。

所有的节点采用半双工工作模式。h表示源节点和中继节点之间的信道增益，g表示中继节点和目的节点之间的信道增益，f表示源节点和目的节点之间的信道增益。d₁表示源节点和中继节点之间的距离，d₂表示中继节点和目的节点之间的距离，d表示源节点和目的节点之间的距离。