[发明专利]一种无线携能协作预编码空间调制系统的传输方法

摘要

本发明公开了一种无线携能协作预编码空间调制系统的传输方法，该方法设计了基于空间调制的无线携能协作网络，为了克服信道的相关性，在中继处采用预编码空间调制(PSM)技术。在中继处采用能量采集(EH)技术并利用功率分配(PS)协议来采集中继传输信息到目的节点所需的能量。另外，采用的基于预编码的空间调制技术，增强了空间相关性的鲁棒性，并且在频谱和能量效率方面得到显著的增强。通过理论推导出平均成对错误概率(ABEP)的表达式，仿真结果表明：无线携能技术与PSM技术的结合使得提出的方案降低了误码率、能耗和系统实现的复杂度。

主权项

1.一种无线携能协作预编码空间调制系统的传输方法，其特征在于，它包括下列步骤：1)设定多信源协作网络包含N个单天线信源节点，一个多天线中继节点R及多天线目的节点D，分别用Un,1≤n≤N表示信源节点，1,2,…,j,…,Nt表示中继天线索引值，目的节点具有NR根天线；2)MIMO信道是具有相关性的，采用Kronecker相关模型描述空间相关效应：其中Σ_r和Σ_t为实数值，分别为Hermitian对称发射和接收相关矩阵；矩阵是独立的瑞利衰落信道矩阵，其每个变量都独立同分布于复高斯分布，可写为矩阵Σ_t可定义为同样地矩阵Σ_r可定义为3)在传输的第一阶段，多个信源将发送的符号传输中继端，经过调制在中继R端接收；接收信号表示为y_R，根据SWIPT技术的能量切割协议，将接收的信号分为两部分：用于能量采集接收端，用于信息接收端的信息译码，且0≤ρ≤1为能量切割因子；4)在信息接收端，将接收的射频信号首先通过解调和低通滤波转换为基带信号然后对基带信号进行采样和通过模数转换器数字化，表示为其中，P_s为信源传输功率,S＝[s₁,s₂,…,s_N]^T为发送符号向量，H_SR为S‑R的信道矩阵,H_SR中的元素是独立同分布的复高斯随机变量，均值为0，方差为1；是均值为0，方差为N₀的加性高斯白噪声；5)在能量接收端，通过整流天线架构直接转换射频能量，在整流天线上，接收的RF频带信号经过整流器转换成直流信号，整流器由肖特基二极管和低通滤波器组成，然后使用直流信号对电池充电以存储电池；假设将转换后的功率与存储在电池的功率成线性比例，具有转换效率0≤η≤1，且忽略噪音，则在电池中存储的平均功率表示为：Q＝ηρPs||HSR||2                (3)单位为焦耳/秒；6)信息接收的信号经过切割，然后中继采用译码转发方式，使用最大似然算法解码：在中继端信号进行译码转发后，由于信道的相关性，采用预编码空间调制方式，使用相位旋转预编码技术进行预编码；7)对于相位旋转预编码的关键是确定出预编码矩阵Θ，根据信号传输选择天线提出基于旋转符号的预编码方法，将其看作是将发送的符号向量s乘以对角相位旋转矩阵，此时接收端的接收信号模型表示为：其中，中继传输功率P_r＝Q＝ηρP_s||H_SR||²，Diag[.]表示对角矩阵，为第N_t根发射天线的旋转角度，H_RD中的元素是独立同分布的复高斯随机变量，均值为0，方差为1；是均值为0，方差为N₀的加性高斯白噪声；对于第m根发射天线和第k个发射符号，则可以写成：hm是矩阵H的第m列，m＝1,...,Nt，sk是矩阵s的第k个元素，k＝1,...,MM为调制阶数；所以Θ矩阵的关键是确定最佳的旋转角度θ；8)预编码器的设计是基于平均成对错误概率ABEP最小的原则，在信噪比为24dB下，ABEP的表达式为：其中，λ_i,i＝1,...,N_R为矩阵Σ_r的特征值，可以看出，B(Σ_r)仅取决于Σ_r的特征值。表示信道和符号对之间的错误比特数，是传输参数的相关增益，由公式(6)可以看出，旋转角度只涉及求和内的项，因此，接收相关矩阵的大小和结构并不会改变最佳的旋转角度；9)当旋转角度确定后，在目的端进行译码，度量表达式为：