[发明专利]一种考虑解码成本的多来源能量吸收中继中多块优化传输结构

说明书

以往的能量吸收通信优化传输问题很少考虑译码能量等实际的问题。本发明涉及一种考虑解码成本的多来源能量吸收中继中多块优化传输结构，最大化中继的吞吐性能。其特征是：设计的时间切换结构和块结构，联合优化各个阶段的时间比例和接收速率来实现中继吞吐最大化。块结构由能量吸收、接收数据、发送数据三个阶段组成。我们考虑了EH2(从发射和环境源获得的能量)场景下的多块优化问题，考虑数据的因果流动，得出以下结论：在多块设置下，在EH2情况下，其中最优的一组各阶段的时间比例，总可以在没有数据流动的情况下得到。

技术领域

本发明涉及一种考虑解码成本的多来源能量吸收中继中多块优化传输结构，考虑在从发射和环境源获得的能量的场景下，对单块优化情况下最大化中继的吞吐性能的最优解。

背景技术

随着物联网(IoT)网络的迅速采用，具有能量收集(Energy harvesting) 能力的实用通信系统有望变得无处不在。收集的能量可用于补充物联网节点的电池，可来自于自然资源(例如太阳能)和人造资源，例如专用和杂散射频(RF)信号。因此，研究最佳的能量利用和通信机制以最大化系统性能是很重要的。在这项工作中，我们考虑的吞吐量最大化的中继网络中的EH中继器使用解码转发(decode and forward，DF)技术。

在这项工作中，我们考虑的吞吐量最大化的中继网络中的EH中继器使用解码转发(DF)技术。我们首先简要调查现有的相关文献。对于中继系统，研究当发射机节点(TX)和中继节点(RN)都具有有限的能量存储容量的设想，并且发射机节点从中继节点发送的杂散射频信号中获取能量时的情况。对于不同的收获效率和信道条件，导出了联合发射机节点和中继节点功率分配的闭合形式的最优解，使总吞吐量达到最小。研究了当中继节点从发射机节点的射频信号中获取能量时，采用功率分割中继协议和最优功率分配方案可达到的和速率。考虑能量捕获能力的三级双向解码转发(DF)中继器的中断概率最小化问题和吞吐量最大化问题。利用广义迭代定向注水算法，解决了任意中继策略下的能量俘获节点的半双工和全双工信道下的求和速率最大化问题，即解码转发、放大转发、压缩转发、计算转发。提出了两种方案： (1)联合最优功率和时间分数(TF)的分配；(2)利用三节点解码转发半双工系统调整TF的最优功率分配。推导了具有时间交换中继协议的解码转发单向和双向中继网络的延迟限制和延迟容忍吞吐量。研究了具有放大转发和测向中继协议的多跳中继中的网络覆盖问题。

大多数与EH继电器相关的文献只解释了传输所消耗的能量，据我们所知，在EH中继中解码所需的能量尚未被很好地理解。在本文中，我们考虑一个简单的中继网络与发射机，EH解码和转发(EH-DF)中继器和接收器，目的是最大限度地提高继电器的吞吐量。在前有文献的基础上，我们考虑了 EH中继中的译码成本，其中我们考虑了带有EH接收机的点对点通信系统中的译码成本。本专利考虑EH2(从发射和环境源获得的能量)场景下的单块优化问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：虽然能量收集(EH)通信已经得到了广泛的研究，但大多数工作并没有考虑到实际问题，如接收端解码信息的能量消耗。本文研究了由EH供电的发射机、解码转发(DF)中继节点和接收机组成的中继网络的直通性能，与其它研究不同，我们考虑了中继解码的能量损耗。本发明技术解决方案的特点在于包括下列步骤：

1.我们考虑一个有N块的多块系统。用下标或者上标i＝1，...，N表示第i块。其中每个块的长度为τ秒，分为三个阶段。