一種無線中繼通信系統(tǒng)攜能傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及帶無線能量收集的中繼傳輸系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種可節(jié)省能量和 時間資源及提高其穩(wěn)定性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線供電的中繼通信是一種新的網(wǎng)絡(luò)模式，其中，無線通信設(shè)備的電池可以通過 微波無線電力傳輸裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程補(bǔ)充技術(shù)(WPT)，中繼網(wǎng)絡(luò)接收能量后由給定的功率分配 因子以一定的能量解碼并轉(zhuǎn)發(fā)所接收信號(DF)，余下的能量保存在中繼網(wǎng)絡(luò)中，DF中繼網(wǎng) 絡(luò)已被深入最近研究和采用了多種標(biāo)準(zhǔn)，如IEEE的802.16 j和LTE-A來進(jìn)一步改善覆蓋范 圍。無線供電的通信網(wǎng)絡(luò)(WPCN)減少了頻繁地手動更換電池以及充電的麻煩，并有更高的 吞吐量，更長的元件壽命，以及更低的網(wǎng)絡(luò)運營成本。此外，WPCN可以根據(jù)不同的環(huán)境和服 務(wù)需求控制它的發(fā)射功率，波形、占用時間、頻率尺寸等。與傳統(tǒng)的能量收集相對比，例如， 利用可再生能源，因為可再生能源是大多隨機(jī)且隨時間變化的，無法實現(xiàn)按需能量需求來 供給到設(shè)備端。WPT相比傳統(tǒng)能源供應(yīng)的方法的這些明顯的優(yōu)勢使得WPCN成為一個有前途 的新模式，但不可否認(rèn)，WPCN也帶來巨大的挑戰(zhàn)，能量轉(zhuǎn)移需要更復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計，構(gòu)建高 效 WPCN在實踐中是一個具有挑戰(zhàn)性的問題，一方面，由于功率隨著距離的衰減接收到的能 量可以非常低，這種能量遠(yuǎn)近效應(yīng)可導(dǎo)致在不同的位置的用戶有不公平現(xiàn)象；另一方面，在 WPCN中傳輸能量的接頭設(shè)計是必要的，首先，無線能量和信息的傳輸往往相關(guān)，比如，一個 設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)之前WPT需要收獲足夠的能量，第二，能量轉(zhuǎn)移共享頻譜與通信信道，這可能 會導(dǎo)致對并發(fā)信息傳輸?shù)墓残诺栏蓴_。由于上述原因，需要新的物理層傳輸技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò) 協(xié)議設(shè)計，以優(yōu)化WPCN的性能。
[0003] 目前，無線供電的通信網(wǎng)絡(luò)的中繼技術(shù)得到了廣泛的研究。特別地，現(xiàn)有的減少中 斷方法具有簡單且高效的特點，相關(guān)研究近幾年引起了學(xué)者的廣泛關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為:基于現(xiàn)有的無線供電技術(shù)，以兩跳的中繼系統(tǒng)為模 型，考慮在一定的服務(wù)質(zhì)量下，設(shè)計一種適用于無線供電的通信網(wǎng)絡(luò)的中繼通信系統(tǒng)，并提 供一種提高中斷性能和節(jié)省能量和時間資源方法，在保證一定的服務(wù)質(zhì)量下，通過調(diào)節(jié)能 量傳輸時間和功率分配因子(P)來減小系統(tǒng)中斷概率，并在可以做到在給定的的中斷概率 下以最小的能量和時間來傳輸，節(jié)省能量和時間資源，從而滿足通信系統(tǒng)的實時性要求、可 靠性要求和穩(wěn)定性要求。
[0005] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案具體為:無線供電的中繼通信系統(tǒng)由發(fā)送端、中繼網(wǎng)絡(luò)和 接收端組成，其中發(fā)送端給中繼網(wǎng)絡(luò)充電以及發(fā)送信號，中繼網(wǎng)絡(luò)在給定的時隙后對接收 的信號解碼并轉(zhuǎn)發(fā)給接收端，發(fā)送端和中繼網(wǎng)絡(luò)有一個中央控制器，用來計算和控制時間 和功率因子，中繼網(wǎng)絡(luò)有一個解碼器，將接收到的信號轉(zhuǎn)換成它代表的信息。
[0006] 為了最大限度地提高其各自的操作效率，能量和信息的收發(fā)器通常需要不同的天 線和射頻系統(tǒng).，中繼網(wǎng)絡(luò)具有兩個天線系統(tǒng)，一個用于采集能量，另一個用于發(fā)送信息。發(fā) 送端能量發(fā)射器的無線攜能傳輸可以利用原有的天線進(jìn)行傳輸，而能量接收端一般有兩套 處理電路(能量和信息）。其中關(guān)鍵技術(shù)主要為能量波束形成和聯(lián)合通信和能量調(diào)度。
[0007] 發(fā)送端能量發(fā)射器和信號發(fā)射器的有兩套天線系統(tǒng)，并采用時分復(fù)用實現(xiàn)信息和 能量傳輸聯(lián)合調(diào)度，避免同信道能量和信號的干擾；中繼網(wǎng)絡(luò)包括接收單元、發(fā)送單元和數(shù) 據(jù)處理單元，接收單元分時接收信號能量和信號，假設(shè)在前N個時隙中已經(jīng)收集了足夠的能 量，在第N+1個時隙終端網(wǎng)絡(luò)對接收到的信號解碼并以給定的功率分配因子給一定的發(fā)射 功率轉(zhuǎn)發(fā)給接收端;接收端信號接收器接收來自中繼網(wǎng)絡(luò)的信號。
[0008] 中繼網(wǎng)絡(luò)接入控制單元的控制下，通過接收單元和發(fā)送單元與發(fā)送端和接收端 之間進(jìn)行通?目。
[0009] 2.權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)基于在一定的服務(wù)質(zhì)量和中斷性能要求下節(jié)省時間和能 量資源的方案，包括以下步驟：
[0010]步驟一，發(fā)送端向中繼網(wǎng)絡(luò)發(fā)送能量和待轉(zhuǎn)碼轉(zhuǎn)發(fā)信號；
[0011] 步驟二，給定服務(wù)質(zhì)量和中斷概率，連接發(fā)送端和中繼網(wǎng)絡(luò)的的中央控制器根據(jù) 信道情況計算出能量發(fā)送時間和功率分配因子；
[0012]步驟三，中繼網(wǎng)絡(luò)根據(jù)計算出的時間接收能量和待轉(zhuǎn)發(fā)信號；
[0013] 步驟四，中繼網(wǎng)絡(luò)解碼接收的信號并在在給定的分配因子下利用一部分接收的能 量轉(zhuǎn)發(fā)給接收端；
[0014] 步驟五，接收端接收來自中繼網(wǎng)絡(luò)的信號；
[0015] 由于保證在一定的服務(wù)質(zhì)量，系統(tǒng)有一個門限信噪比，其次，由于中繼網(wǎng)絡(luò)的能量 存儲限制，發(fā)送功率有個上限值。根據(jù)上面的信息，可以推導(dǎo)出漸進(jìn)的中斷概率表達(dá)式，通 過仿真對比，優(yōu)化N和P。具體的，本發(fā)明中，可以推出系統(tǒng)的中斷概率漸進(jìn)表達(dá)式為
[0023]式中，Or2和Od2分別表示中繼網(wǎng)絡(luò)和接收端的噪聲功率，p s發(fā)送端發(fā)射功率，prmax表 示中繼網(wǎng)絡(luò)發(fā)射功率上限值，yth表示信噪比門限值，N表示結(jié)束接收能量的時隙數(shù)，P為N+1 時隙的功率分配因子。給定N，通過改變P，比較中斷概率大小，確保在一定的服務(wù)質(zhì)量下，提 高系統(tǒng)的中斷性能。
[0024] 進(jìn)一步的，可以做到在保證一定的中斷性能下（一定的中斷概率下）確定最小的N 的值，節(jié)省時間資源，并在這個N下，找到最優(yōu)P值，節(jié)省能量資源。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明方法流程圖；
[0027] 圖3不同P下的中斷概率圖；
[0028] 圖4不同N+P下的中斷概率圖。
【具體實施方式】
[0029 ]以下結(jié)合附圖和具體實施例進(jìn)一步描述。
[0030] 結(jié)合圖1，圖2,本發(fā)明的無線供電的中繼通信系統(tǒng)由發(fā)送端、中繼網(wǎng)絡(luò)和接收端 組成，其中發(fā)送端給中繼網(wǎng)絡(luò)充電以及發(fā)送信號，中繼網(wǎng)絡(luò)在給定的時隙后對接收的信號 解碼并轉(zhuǎn)發(fā)給接收端，發(fā)送端和中繼網(wǎng)絡(luò)有一個中央控制器，用來計算和控制時間和功率 因子，中繼網(wǎng)絡(luò)有一個解碼器，將接收到的信號轉(zhuǎn)換成它代表的信息。
[0031] 為了最大限度地提高其各自的操作效率，能量和信息的收發(fā)器通常需要不同的天 線和射頻系統(tǒng).，中繼網(wǎng)絡(luò)具有兩個天線系統(tǒng)，一個用于采集能量，另一個用于發(fā)送信息。發(fā) 送端能量發(fā)射器的無線攜能傳輸可以利用原有的天線進(jìn)行傳輸，而能量接收端一般有兩套 處理電路(能量和信息）。其中關(guān)鍵技術(shù)主要為能量波束形成和聯(lián)合通信和能量調(diào)度。
[0032] 發(fā)送端能量發(fā)射器和信號發(fā)射器的有兩套天線系統(tǒng)，并采用時分復(fù)用實現(xiàn)信息和 能量傳輸聯(lián)合調(diào)度，避免同信道能量和信號的干擾；中繼網(wǎng)絡(luò)包括接收單元、發(fā)送單元和數(shù) 據(jù)處理單元，接收單元分時接收信號能量和信號，假設(shè)在前N個時隙中已經(jīng)收集了足夠的能 量，在第N+1個時隙終端網(wǎng)絡(luò)對接收到的信號解碼并以給定的功率分配因子給一定的發(fā)射 功率轉(zhuǎn)發(fā)給接收端;接收端信號接收器接收來自中繼網(wǎng)絡(luò)的信號。
[0033] 中繼網(wǎng)絡(luò)接入控制單