一種適用於信能同傳中繼網絡的分布式中繼選擇方法
2023-05-07 15:59:06 2
一種適用於信能同傳中繼網絡的分布式中繼選擇方法
【專利摘要】本發明公開了一種適用於信能同傳中繼網絡的分布式中繼選擇方法，分別基於收集能量最多的中繼選擇策略和基於最大信噪比的中繼選擇策略，源節點在N個中繼節點中選擇一個作為參與協作傳輸的中繼節點，中繼選擇的流程包括：每個中繼節點通過與源節點和目的節點的通信分別估計自身的前向鏈路和後向鏈路的信道狀態信息，接著根據估計到的信道信息和事先定義好的競爭時間函數計算自己的競爭時間，在每個時隙中競爭時間最短的中繼節點會被選為協作節點，本發明能夠有效的提高系統的性能。
【專利說明】一種適用於信能同傳中繼網絡的分布式中繼選擇方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及移動通信【技術領域】中的單中繼協作傳輸技術，特別涉及信能同傳 (simultaneous wireless information and power transfer，SWIPT)網絡中的兩種分布 式中繼選擇方法。
【背景技術】
[0002] 中繼協作通信是利用分布式單天線終端間的可用空間分集（spatial diversity) 的一種有效策略。由於無線中繼網絡中中繼節點的自然分布特性，在資源受限或大規模的 中繼網絡中多個中繼節點很難同時將信號轉發給目的節點。所以，各種單中繼選擇方法被 提了出來用於改善系統的性能。
[0003] 在能量約束的無線中繼網絡，例如無線傳感器網絡中，節點通常配有固定的能量 供給裝置，例如，電池。如此，在充電或者更換電池不方便的場景中，中繼網絡的生命時間就 會受到限制。從自然環境，如太陽能、風能等收集能量給中繼網絡提供了新的能源供應方 式。除了這些常用的能源，從射頻信號中收集能量吸引了越來越多的注意，因為收集的能量 多少易於控制。基於信能同傳通信的概念，信息和能量的同時傳輸被提出。接著，兩種實用 的接收機結構被設計了出來，分別叫做時間切換（TS)結構和功率分配（PS)結構。信能同 傳通信自然而然的被應用到了中繼網絡，在中繼網絡中中繼節點從源節點的射頻信號中收 集能量並使用收集到的能量將源節點的信息轉發給目的節點。那麼，選擇一個合適的中繼 節點對於提高系統的性能是非常重要的。然而對於能量受限的中繼網絡，大部分的研究都 集中在中繼節點收集能量的情況，到目前為止，還沒有專門為中繼從源節點的射頻信號收 集能量的中繼網絡設計的中繼選擇協議。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在於提供一種適用於信能同傳中繼網絡的分布式中繼選擇方法，能 夠從多個中繼節點中選擇出一個最佳的協作中繼節點。
[0005] 為實現上述目的，本發明採用了以下技術方案：
[0006] 每個中繼節點通過與源節點和目的節點的通信分別估計自身的前向鏈路和後向 鏈路的信道狀態信息，接著每個中繼節點根據估計到的信道狀態信息和事先定義好的競爭 時間函數（和中繼選擇策略有關）計算自身的競爭時間，在每個時隙中競爭時間最短的中 繼節點會被選為協作節點，源節點的信息經協作節點轉發給目的節點，所述競爭時間函數 基於收集能量最多的中繼選擇策略構建或者基於最大信噪比的中繼選擇策略構建。
[0007] 在包括源節點、目的節點和多個中繼節點的信能同傳中繼網絡中，利用中繼選擇 策略選擇一個中繼節點作為參與協作傳輸的協作節點，源節點的信息經協作節點轉發給目 的節點，具體流程包括：
[0008] 1)中繼節點估計所述前向鏈路和後向鏈路的信道狀態信息；
[0009] 2)中繼節點根據估計到的信道狀態信息和基於對應的中繼選擇策略構建的競爭 時間函數計算自身的競爭時間，並將競爭時間作為自身定時器初始時間；
[0010] 3)具有最小定時器初始時間的中繼節點由於其定時器率先歸0而廣播一個聲明 數據包，具有最小定時器初始時間的中繼節點利用所述聲明數據包通知其他中繼節點以及 源節點自己為協作節點，其他中繼節點接收到聲明數據包後計時器全部歸零，且在後續數 據傳輸過程中保持休眠。
[0011] 當採用基於收集能量最多的中繼選擇策略進行傳輸時，所述定時器初始時間的計 算及協作節點的確定具體包括以下步驟：
[0012] 2. 1)各個中繼節點同時估計所述前向鏈路的信道狀態信息；
[0013] 2. 2)中繼節點根據估計到的前向鏈路的信道狀態信息，計算自身收集到的能量：
[0014] Ek= ξ Ps | hk | α T
[0015] 其中，Ek為第k個中繼節點收集到的能量，hk為第k個中繼節點的前向鏈路的信 道狀態信息，P s為源節點發送信息的功率，α為中繼節點用於能量收集的時間比率，ξ為 能量收集電路的轉換效率，Τ為一個時隙的時間長度；
[0016] 2. 3)對於基於收集能量最多的中繼選擇策略，第k個中繼節點設定自身定時器初 始時間τ k為1/Ek，定時器率先歸0的中繼節點廣播一個聲明數據包，定時器率先歸0的中 繼節點利用所述聲明數據包通知其他中繼節點以及源節點自己為協作節點。
[0017] 當採用基於最大信噪比的中繼選擇策略進行傳輸時，所述定時器初始時間的計算 及協作節點的確定具體包括以下步驟：
[0018] 3. 1)各個中繼節點同時估計所述前向鏈路以及後向鏈路的信道狀態信息；
[0019] 3.2)中繼節點根據估計到的信道狀態信息以及中繼節點處和目的節點處引入的 噪聲功率α;2和σ〗，計算目的節點處的信噪比：
[0020]
【權利要求】
1. 一種適用於信能同傳中繼網絡的分布式中繼選擇方法，其特徵在於：包括以下步 驟： 每個中繼節點通過與源節點和目的節點的通信分別估計自身的前向鏈路和後向鏈路 的信道狀態信息，接著每個中繼節點根據估計到的信道狀態信息和競爭時間函數計算自身 的競爭時間，在每個時隙中競爭時間最短的中繼節點被選為協作節點，源節點的信息經協 作節點轉發給目的節點，所述競爭時間函數基於收集能量最多的中繼選擇策略構建或者基 於最大信噪比的中繼選擇策略構建。
2. 根據權利要求1所述一種適用於信能同傳中繼網絡的分布式中繼選擇方法，其特徵 在於：在包括源節點、目的節點和多個中繼節點的信能同傳中繼網絡中，利用中繼選擇策略 選擇一個中繼節點作為參與協作傳輸的協作節點，源節點的信息經協作節點轉發給目的節 點，具體流程包括： 1) 中繼節點估計所述前向鏈路和後向鏈路的信道狀態信息； 2) 中繼節點根據估計到的信道狀態信息和基於對應的中繼選擇策略構建的競爭時間 函數計算自身的競爭時間，並將競爭時間作為自身定時器初始時間； 3) 具有最小定時器初始時間的中繼節點由於定時器率先歸O而廣播一個聲明數據包， 具有最小定時器初始時間的中繼節點利用所述聲明數據包通知源節點自己為協作節點。
3. 根據權利要求1或2所述一種適用於信能同傳中繼網絡的分布式中繼選擇方法，其 特徵在於： 當採用基於收集能量最多的中繼選擇策略時，所述協作節點的確定具體包括以下步 驟： 2. 1)各個中繼節點同時估計所述前向鏈路的信道狀態信息； 2. 2)中繼節點根據估計到的前向鏈路的信道狀態信息，計算自身收集到的能量： Ek=IPsIhkI2CiT 其中，Ek為第k個中繼節點收集到的能量，hk為第k個中繼節點的前向鏈路的信道狀 態信息，Ps為源節點發送信息的功率，α為中繼節點用於能量收集的時間比率，ξ為能量 收集電路的轉換效率，T為一個時隙的時間長度； 2. 3)第k個中繼節點設定自身定時器初始時間τk為1/Ek，定時器率先歸O的中繼節 點廣播一個聲明數據包，定時器率先歸〇的中繼節點利用所述聲明數據包通知源節點自己 為協作節點。
4. 根據權利要求1或2所述一種適用於信能同傳中繼網絡的分布式中繼選擇方法，其 特徵在於： 當採用基於最大信噪比的中繼選擇策略時，所述協作節點的確定具體包括以下步驟： 3. 1)各個中繼節點同時估計所述前向鏈路以及後向鏈路的信道狀態信息； 3. 2)中繼節點根據估計到的信道狀態信息以及中繼節點處和目的節點處引入的噪聲 功率σ;2和σ】，計算目的節點處的信噪比：
其中，A為第k個中繼節點參與協作時目的節點處的信噪比，hk為第k個中繼節點的 前向鏈路的信道狀態信息，gk為第k個中繼節點的後向鏈路的信道狀態信息，Ps為源節點發 送信息的功率，α為中繼節點用於能量收集的時間比率，ξ為能量收集電路的轉換效率； 3. 3)第k個中繼節點設定自身定時器初始時間Tk為^^，定時器率先歸O的中繼節 點廣播一個聲明數據包，定時器率先歸〇的中繼節點利用所述聲明數據包通知源節點自己 為協作節點。
5.根據權利要求2所述一種適用於信能同傳中繼網絡的分布式中繼選擇方法，其特徵 在於：當兩個或兩個以上的中繼節點的定時器同時歸〇時，所述兩個或兩個以上的中繼節 點在當前時隙內隨機退避一段時間後重新廣播一個聲明數據包，率先廣播聲明數據包的中 繼節點為協作節點。
【文檔編號】H04W40/22GK104270798SQ201410490976
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月23日 優先權日:2014年9月23日
【發明者】張超, 閆靜 申請人:西安交通大學