本發(fā)明涉及無(wú)線通信領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種無(wú)線射頻通信方法。

背景技術(shù)：

無(wú)線射頻電力傳輸技術(shù)利用射頻信號(hào)的傳播特性，無(wú)線傳輸距離遠(yuǎn)，能夠在對(duì)最大距離10米外的無(wú)線設(shè)備進(jìn)行有效的充電，同時(shí)可以輕易的實(shí)現(xiàn)一對(duì)多點(diǎn)的能量傳輸。無(wú)線射頻電力傳輸技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用場(chǎng)景是基于無(wú)線電的通信網(wǎng)絡(luò)，一種典型的無(wú)線射頻通信方法是能量信息混合節(jié)點(diǎn)先向無(wú)線終端設(shè)備下行傳輸無(wú)線能量，然后無(wú)線終端設(shè)備向信息能量混合節(jié)點(diǎn)上行傳遞信息。這種傳輸方式將能量節(jié)點(diǎn)和信息節(jié)點(diǎn)同置為一個(gè)混合節(jié)點(diǎn)。另一種典型的無(wú)線射頻通信方法是能量節(jié)點(diǎn)和信息節(jié)點(diǎn)分置，能量節(jié)點(diǎn)只負(fù)責(zé)下行傳遞能量給無(wú)線終端用戶，無(wú)線終端用戶獲取能量后再傳遞給信息節(jié)點(diǎn)，由于能量節(jié)點(diǎn)和信息節(jié)點(diǎn)分別布設(shè)在不同的地方，這種布設(shè)方式相對(duì)于能量信息混合節(jié)點(diǎn)更具有靈活性。

然而，使用能量信息節(jié)點(diǎn)同置的布設(shè)方式時(shí)，往往會(huì)造成嚴(yán)重的用戶不公平，導(dǎo)致一部分用戶可能距離混合節(jié)點(diǎn)較近，接收到的能量過(guò)剩卻數(shù)據(jù)傳輸損耗少，而另外一些用戶距離混合節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)，獲得的能量嚴(yán)重不足且數(shù)據(jù)傳輸損耗大。這樣造成了用戶在獲取能量不公平的基礎(chǔ)上，進(jìn)而又增加了信息傳遞的不公平性，造成了在能量和信息上雙重不公平的問(wèn)題。進(jìn)而造成很短的器件運(yùn)行壽命，縮短整體網(wǎng)絡(luò)的正常工作時(shí)間，降低了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

雖然將能量節(jié)點(diǎn)和信息節(jié)點(diǎn)分置時(shí)，能在一定程度通過(guò)調(diào)節(jié)能量節(jié)點(diǎn)，終端用戶，信息接收節(jié)點(diǎn)三者之間的位置緩解用戶能量接收和信息傳遞雙重不公平性的問(wèn)題，但是這種調(diào)節(jié)對(duì)系統(tǒng)性能的提高十分有限，整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)吞吐量顯著仍然較低，不能顯著提高整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的整體性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種能夠顯著提高整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的整體性能的無(wú)線射頻通信方法和系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種無(wú)線射頻通信方法，包括：

S1、構(gòu)造至少包括能量節(jié)點(diǎn)、第一無(wú)線終端用戶、第二無(wú)線終端用戶和目的節(jié)點(diǎn)的通信網(wǎng)絡(luò)，其中所述能量節(jié)點(diǎn)、所述第一無(wú)線終端用戶和所述第二無(wú)線終端用戶均可工作在能量傳輸模式和信息傳輸模式；

S2、在信道估計(jì)階段，所述能量節(jié)點(diǎn)、所述第一無(wú)線終端用戶、所述第二無(wú)線終端用戶和所述目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信道估計(jì)；

S3、在能量傳輸階段，所述能量節(jié)點(diǎn)發(fā)送射頻能量到所述第一無(wú)線終端用戶和所述第二無(wú)線終端用戶；

S4、在信息傳輸階段，所述第一無(wú)線終端用戶和所述第二無(wú)線終端用戶相互進(jìn)行信息交換；

S5、在信息交付階段，所述第一無(wú)線終端用戶和所述第二無(wú)線終端用戶同時(shí)將信息聯(lián)合傳輸給所述目的節(jié)點(diǎn)；

在本發(fā)明所述的無(wú)線射頻通信方法中，進(jìn)一步包括：S6、基于傳輸時(shí)隙、所述信道估計(jì)階段、所述能量傳輸階段、所述信息傳輸階段和所述信息交付階段優(yōu)化所述通信網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸速率。

在本發(fā)明所述的無(wú)線射頻通信方法中，所述步驟S2包括：

S21、所述第一無(wú)線終端用戶和所述第二無(wú)線終端用戶分別發(fā)送信道訓(xùn)練序列；

S22、所述能量節(jié)點(diǎn)、所述第一無(wú)線終端用戶、所述第二無(wú)線終端用戶和所述目的節(jié)點(diǎn)分別估計(jì)自己的信道增益；

S23、所述能量節(jié)點(diǎn)、所述第一無(wú)線終端用戶、所述第二無(wú)線終端用戶和所述目的節(jié)點(diǎn)輪流將信道信息估計(jì)值發(fā)送給控制節(jié)點(diǎn)。

在本發(fā)明所述的無(wú)線射頻通信方法中，所述步驟S3進(jìn)一步包括

S31、所述能量節(jié)點(diǎn)通過(guò)能量發(fā)送電路發(fā)送所述射頻能量；

S32、所述第一無(wú)線終端用戶和所述第二無(wú)線終端用戶分別通過(guò)能量采集電路接收所述射頻能量，其中所述第一無(wú)線終端用戶接收的第一射頻能量表示為E_X＝ηt₁P_th_EX，所述第二無(wú)線終端用戶接收的第二射頻能量表述為E_Y＝ηt₁P_th_EY；其中η為能量轉(zhuǎn)化效率；t₁表示在一個(gè)傳輸時(shí)隙中，射頻能量的傳輸子時(shí)隙，P_t表示所述能量節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率；h_EX表示從所述能量節(jié)點(diǎn)到所述第一無(wú)線終端用戶的信道增益；h_EY表示從所述能量節(jié)點(diǎn)到所述第二無(wú)線終端用戶的信道增益。

在本發(fā)明所述的無(wú)線射頻通信方法中，所述步驟S4進(jìn)一步包括：

S41、所述第一無(wú)線終端用戶以第一信息傳輸速率向所述第二無(wú)線終端用戶傳輸信息，其中所述第一信息傳輸速率表示為其中t₂表示在一個(gè)傳輸時(shí)隙中，所述第一無(wú)線終端用戶向所述第二無(wú)線終端用戶傳輸信息的第一信息傳輸子時(shí)隙；其中t₄表示在一個(gè)傳輸時(shí)隙中，所述第一無(wú)線終端用戶和所述第二無(wú)線終端用戶向所述目的節(jié)點(diǎn)傳輸信息的第三信息傳輸子時(shí)隙；h_XY表示從所述第一無(wú)線終端用戶到所述第二無(wú)線終端用戶的信道增益，N₀表示噪聲功率；

S42、所述第二無(wú)線終端用戶以第二信息傳輸速率向所述第一無(wú)線終端用戶傳輸信息，其中所述第二信息傳輸速率表示為其中t₃表示在一個(gè)傳輸時(shí)隙中，所述第二無(wú)線終端用戶向所述第一無(wú)線終端用戶傳輸信息的第二信息傳輸子時(shí)隙；h_YX表示從所述第二無(wú)線終端用戶到所述第一無(wú)線終端用戶的信道增益。

在本發(fā)明所述的無(wú)線射頻通信方法中，所述步驟S5進(jìn)一步包括：所述第 一無(wú)線終端用戶和所述第二無(wú)線終端用戶以第三信息傳輸速率同時(shí)向所述目的節(jié)點(diǎn)傳輸信息，其中所述第三信息傳輸速率表示為 h_XD表示從所述第一無(wú)線終端用戶到所述目的節(jié)點(diǎn)的信道增益；h_YD表示從所述第二無(wú)線終端用戶到所述目的節(jié)點(diǎn)的信道增益。

在本發(fā)明所述的無(wú)線射頻通信方法中，所述步驟S6包括：基于 采用一次線性搜索獲得所述通信網(wǎng)絡(luò)的最大信息傳輸速率，其中l(wèi)表示傳輸時(shí)隙，t₀表示一個(gè)傳輸時(shí)隙中的信道估計(jì)子時(shí)隙。

在本發(fā)明所述的無(wú)線射頻通信方法中，在步驟S5中，所述第一無(wú)線終端用戶和所述第二無(wú)線終端用戶采用Alamouti STBC編碼方式將所述信息聯(lián)合傳輸給所述目的節(jié)點(diǎn)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的另一技術(shù)方案是，構(gòu)造一種無(wú)線射頻通信系統(tǒng)，至少包括能量節(jié)點(diǎn)、第一無(wú)線終端用戶、第二無(wú)線終端用戶和目的節(jié)點(diǎn)，所述能量節(jié)點(diǎn)、所述第一無(wú)線終端用戶和所述第二無(wú)線終端用戶均可工作在能量傳輸模式和信息傳輸模式；其中在信道估計(jì)階段，所述能量節(jié)點(diǎn)、所述第一無(wú)線終端用戶、所述第二無(wú)線終端用戶和所述目的節(jié)點(diǎn)用于進(jìn)行信道估計(jì)；在能量傳輸階段，所述能量節(jié)點(diǎn)用于發(fā)送射頻能量到所述第一無(wú)線終端用戶和所述第二無(wú)線終端用戶；在信息傳輸階段，所述第一無(wú)線終端用戶和所述第二無(wú)線終端用戶用于相互進(jìn)行信息交換；在信息交付階段，所述第一無(wú)線終端用戶和所述第二無(wú)線終端用戶用于將信息聯(lián)合傳輸給所述目的節(jié)點(diǎn)；所述無(wú)線射頻通信系統(tǒng)進(jìn)一步包括控制節(jié)點(diǎn)，用于基于傳輸時(shí)隙、所述信道估計(jì)階段、所述 能量傳輸階段、所述信息傳輸階段和所述信息交付階段優(yōu)化所述通信網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸速率。

在本發(fā)明所述的無(wú)線射頻通信系統(tǒng)中，所述能量節(jié)點(diǎn)包括用于發(fā)送所述射頻能量的能量發(fā)送電路；所述第一無(wú)線終端用戶和所述第二無(wú)線終端用戶分別包括用于接收所述射頻能量的能量采集電路；其中所述第一無(wú)線終端用戶接收的第一射頻能量表示為E_X＝ηt₁P_th_EX，所述第二無(wú)線終端用戶接收的第二射頻能量表述為E_Y＝ηt₁P_th_EY；其中η為能量轉(zhuǎn)化效率，t₁表示所述射頻能量的傳輸子時(shí)隙，P_t表示所述能量節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率；h_EX表示從所述能量節(jié)點(diǎn)到所述第一無(wú)線終端用戶的信道增益；；h_EY表示從所述能量節(jié)點(diǎn)到所述第二無(wú)線終端用戶的信道增益；所述第一無(wú)線終端用戶以第一信息傳輸速率向所述第二無(wú)線終端用戶傳輸信息，其中所述第一信息傳輸速率表示為所述第二無(wú)線終端用戶以第二信息傳輸速率向所述第一無(wú)線終端用戶傳輸信息，其中所述第二信息傳輸速率表示為所述第一無(wú)線終端用戶和所述第二無(wú)線終端用戶以第三信息傳輸速率同時(shí)向所述目的節(jié)點(diǎn)傳輸信息，其中所述第三信息傳輸速率表示為t₂表示在一個(gè)傳輸時(shí)隙中，所述第一無(wú)線終端用戶向所述第二無(wú)線終端用戶傳輸信息的第一信息傳輸子時(shí)隙；其中t₄表示在一個(gè)傳輸時(shí)隙中，所述第一無(wú)線終端用戶和所述第二無(wú)線終端用戶向所述目的節(jié)點(diǎn)傳輸信息的第三信息傳輸子時(shí)隙；h_XY表示從所述第一無(wú)線終端用戶到所述第二無(wú)線終端用戶的信道增益；t₃表示在一個(gè)傳輸時(shí)隙中，所述第二無(wú)線終端用戶向所述第一無(wú)線終端用戶傳輸信息的第二信息傳輸子時(shí)隙；h_YX表示從所述第二無(wú)線終端用戶到所述 第一無(wú)線終端用戶的信道增益；；h_XD表示從所述第一無(wú)線終端用戶到所述目的節(jié)點(diǎn)的信道增益；h_YD表示從所述第二無(wú)線終端用戶到所述目的節(jié)點(diǎn)的信道增益；N₀表示噪聲功率。

實(shí)施本發(fā)明的無(wú)線射頻通信方法和系統(tǒng)，通過(guò)所述第一無(wú)線終端用戶和所述第二無(wú)線終端用戶之間能量和信息的合作，實(shí)現(xiàn)傳輸效率和用戶公平性的均衡。經(jīng)驗(yàn)證，相比于簡(jiǎn)單無(wú)合作的無(wú)線充電技術(shù)，在兼顧公平性的前提下，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸速率60％的提升。更進(jìn)一步地，本發(fā)明的無(wú)線射頻通信方法和系統(tǒng)無(wú)需無(wú)線終端用戶知道用戶到信息接收節(jié)點(diǎn)的信道狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)明高效。再進(jìn)一步地，本發(fā)明的無(wú)線射頻通信方法和系統(tǒng)，通過(guò)復(fù)雜度低、效率高的方法，獲得了網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的最優(yōu)解。

附圖說(shuō)明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的無(wú)線射頻通信方法的流程圖；

圖2根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的無(wú)線射頻通信系統(tǒng)的示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的無(wú)線射頻通信方法的流程圖。如圖1所示，本發(fā)明的無(wú)線射頻通信方法包括以下步驟。在步驟S1中，構(gòu)造至少包括能量節(jié)點(diǎn)、第一無(wú)線終端用戶、第二無(wú)線終端用戶和目的節(jié)點(diǎn)的通信網(wǎng)絡(luò)。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該通信網(wǎng)絡(luò)可以包括一個(gè)能量節(jié)點(diǎn)、兩個(gè)無(wú)線終端用戶，即第一無(wú)線終端用戶X、第二無(wú)線終端用戶Y，一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)。在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，所述通信網(wǎng)絡(luò)可以包括多個(gè)能量節(jié)點(diǎn)、多個(gè)無(wú)線終端用戶，多個(gè)目的節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明不受能量節(jié)點(diǎn)、無(wú)線終端用戶和目的節(jié)點(diǎn)的 具體數(shù)量的限制。

在本發(fā)明中，所述能量節(jié)點(diǎn)、所述第一無(wú)線終端用戶和所述第二無(wú)線終端用戶均可工作在能量傳輸模式和信息傳輸模式。即所述能量節(jié)點(diǎn)、所述第一無(wú)線終端用戶和所述第二無(wú)線終端用戶可以自由地在能量傳輸模式和信息傳輸模式之間隨意切換。而該通信網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)傳輸時(shí)隙可以分成四個(gè)階段，即信道估計(jì)階段、能量傳輸階段、信息傳輸階段和信息交付階段。

在步驟S2中，在信道估計(jì)階段，所述能量節(jié)點(diǎn)、所述第一無(wú)線終端用戶、所述第二無(wú)線終端用戶和所述目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信道估計(jì)。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述第一無(wú)線終端用戶、所述第二無(wú)線終端用戶可以分別發(fā)送信道訓(xùn)練序列。隨后，所述能量節(jié)點(diǎn)、所述第一無(wú)線終端用戶、所述第二無(wú)線終端用戶和所述目的節(jié)點(diǎn)分別估計(jì)自己的信道增益。然后，所述能量節(jié)點(diǎn)、所述第一無(wú)線終端用戶、所述第二無(wú)線終端用戶和所述目的節(jié)點(diǎn)輪流將信道信息估計(jì)值發(fā)送給控制節(jié)點(diǎn)。所述控制節(jié)點(diǎn)可以基于這些信道信息估計(jì)值計(jì)算和分配最優(yōu)時(shí)隙。在經(jīng)過(guò)信道估計(jì)之后，所述第一無(wú)線終端用戶、所述第二無(wú)線終端用戶還是不知道其各自到目的節(jié)點(diǎn)之間的信道狀態(tài)信息，因此選用可選用Alamouti space time block code(STBC)作為信息傳輸?shù)木幋a方式。當(dāng)然，在本發(fā)明的其他優(yōu)選實(shí)施例中，還可以采用其他的方式進(jìn)行信道估計(jì)。

在步驟S3中，在能量傳輸階段，所述能量節(jié)點(diǎn)發(fā)送射頻能量到所述第一無(wú)線終端用戶和所述第二無(wú)線終端用戶。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述能量節(jié)點(diǎn)通過(guò)能量發(fā)送電路發(fā)送所述射頻能量；所述第一無(wú)線終端用戶和所述第二無(wú)線終端用戶分別通過(guò)能量采集電路接收所述射頻能量。

在步驟S4中，在信息傳輸階段，所述第一無(wú)線終端用戶和所述第二無(wú)線終端用戶相互進(jìn)行信息交換。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述第一無(wú)線終端用戶先以第一信息傳輸速率向所述第二無(wú)線終端用戶傳輸信息。然而，所述第二無(wú)線終端用戶以第二信息傳輸速率向所述第一無(wú)線終端用戶傳輸信息。當(dāng)然，在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，也可以先由第二無(wú)線終端用戶向第一無(wú)線終端用戶傳輸信息，然后由所述第一無(wú)線終端用戶向所述第二無(wú)線終端用戶傳輸信息。在信息傳輸階段結(jié)束之后，所述第一無(wú)線終端用戶向所述第二無(wú)線終 端用戶擁有了各自需要傳輸?shù)娜啃畔ⅰ?/p>

在步驟S5中，在信息交付階段，所述第一無(wú)線終端用戶和所述第二無(wú)線終端用戶同時(shí)將信息聯(lián)合傳輸給所述目的節(jié)點(diǎn)。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述第一無(wú)線終端用戶和所述第二無(wú)線終端用戶采用Alamouti STBC編碼方式將所述信息聯(lián)合傳輸給所述目的節(jié)點(diǎn)。

實(shí)施本發(fā)明的無(wú)線射頻通信方法，通過(guò)所述第一無(wú)線終端用戶和所述第二無(wú)線終端用戶之間能量和信息的合作，實(shí)現(xiàn)傳輸效率和用戶公平性的均衡。經(jīng)驗(yàn)證，相比于簡(jiǎn)單無(wú)合作的無(wú)線充電技術(shù)，在兼顧公平性的前提下，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸速率60％的提升。更進(jìn)一步地，本發(fā)明的無(wú)線射頻通信方法和系統(tǒng)無(wú)需無(wú)線終端用戶知道用戶到信息接收節(jié)點(diǎn)的信道狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)明高效。

在本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施例中，該方法還可以進(jìn)一步包括步驟S6，基于整個(gè)傳輸時(shí)隙、所述信道估計(jì)階段、所述能量傳輸階段、所述信息傳輸階段和所述信息交付階段優(yōu)化所述通信網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸速率。在本發(fā)明中，所述信道估計(jì)階段、所述能量傳輸階段、所述信息傳輸階段和所述信息交付階段構(gòu)成整個(gè)傳輸時(shí)隙。而通過(guò)優(yōu)化所述信道估計(jì)階段、所述能量傳輸階段、所述信息傳輸階段和所述信息交付階段的取值，可以獲得最大的信息傳輸速率。這樣，可以通過(guò)復(fù)雜度低、效率高的方法，獲得了網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的最優(yōu)解。

圖2根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的無(wú)線射頻通信系統(tǒng)的示意圖。如圖2所示，所述無(wú)線射頻通信系統(tǒng)，至少包括能量節(jié)點(diǎn)EN、第一無(wú)線終端用戶X、第二無(wú)線終端用戶Y和目的節(jié)點(diǎn)DN。所述能量節(jié)點(diǎn)EN至少包括用于射頻能量發(fā)送的能量發(fā)送電路和用于信息傳送的無(wú)線通信電路。所述第一無(wú)線終端用戶X、第二無(wú)線終端用戶Y分別包括用于接收所述射頻能量的能量采集電路和用于信息傳送的無(wú)線通信電路。

下面結(jié)合圖2所示的無(wú)線射頻通信系統(tǒng)對(duì)本發(fā)明的無(wú)線射頻通信方法和系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

在本實(shí)施例中，所述能量節(jié)點(diǎn)EN、所述第一無(wú)線終端用戶X和所述第二無(wú)線終端用戶Y均可工作在能量傳輸模式和信息傳輸模式。參見圖2，射頻能 量傳送和信息傳送分別用實(shí)線和虛線進(jìn)行表示。每個(gè)傳輸時(shí)隙被分成四個(gè)階段，即信道估計(jì)階段、能量傳輸階段、信息傳輸階段和信息交付階段。而這四個(gè)階段進(jìn)一步對(duì)應(yīng)于六個(gè)子時(shí)隙。如圖2所示，一個(gè)時(shí)隙T分為6個(gè)子時(shí)隙t₀、t₁、t₂、t₃、t₄⁽¹⁾、t₄⁽²⁾，其中t₀表示信道估計(jì)子時(shí)隙，t₁表示所述射頻能量的傳輸子時(shí)隙，t₂表示所述第一無(wú)線終端用戶X向所述第二無(wú)線終端用戶Y傳輸信息的信息傳輸子時(shí)隙；t₃表示所述第二無(wú)線終端用戶Y向所述第一無(wú)線終端用戶X傳輸信息的信息傳輸子時(shí)隙；t₄⁽¹⁾表示所述第一無(wú)線終端用戶X向所述目的節(jié)點(diǎn)傳輸信息的信息傳輸子時(shí)隙；t₄⁽²⁾表示所述第一無(wú)線終端用戶X和所述第二無(wú)線終端用戶Y向所述目的節(jié)點(diǎn)傳輸信息的信息傳輸子時(shí)隙。

在信道估計(jì)子時(shí)隙t₀中，所述第一無(wú)線終端用戶X和所述第二無(wú)線終端用戶Y分別使用無(wú)線通信電路發(fā)送信道訓(xùn)練序列。并且所述能量節(jié)點(diǎn)EN、所述第一無(wú)線終端用戶X、所述第二無(wú)線終端用戶Y和所述目的節(jié)點(diǎn)DN分別估計(jì)自己的信道增益。然后所述能量節(jié)點(diǎn)EN、所述第一無(wú)線終端用戶X、所述第二無(wú)線終端用戶Y和所述目的節(jié)點(diǎn)DN輪流使用各自的無(wú)線通信電路將信道信息估計(jì)值發(fā)送給所述通信網(wǎng)絡(luò)中或者外的一個(gè)負(fù)責(zé)計(jì)算和分配最優(yōu)時(shí)隙的控制節(jié)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)信道估計(jì)，所述第一無(wú)線終端用戶X、所述第二無(wú)線終端用戶Y還是無(wú)法知道其自身到目的節(jié)點(diǎn)DN之間的信道狀態(tài)信息。在此背景下，我們選用可選用Alamouti space time block code(STBC)作為無(wú)線信息傳輸?shù)木幋a方式。

在射頻能量傳輸子時(shí)隙t₁中，所述能量節(jié)點(diǎn)EN通過(guò)能量發(fā)送電路發(fā)送所述射頻能量。所述第一無(wú)線終端用戶X和所述第二無(wú)線終端用戶Y分別通過(guò)能量采集電路接收所述射頻能量，其中所述第一無(wú)線終端用戶X接收的第一射頻能量表示為E_X＝ηt₁P_th_EX，所述第二無(wú)線終端用戶Y接收的第二射頻能量表述為E_Y＝ηt₁P_th_EY。其中η為能量轉(zhuǎn)化效率。通常能量轉(zhuǎn)換效率為50-70％左右。P_t表示所述能量節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，例如可以是3W。h_EX表示從所述能量節(jié)點(diǎn)到所述第一無(wú)線終端用戶X的信道增益；h_EY表示從所述能量節(jié)點(diǎn)到所述第二無(wú) 線終端用戶的信道增益。信道增益可以依據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算 其中f_d表示915MHz載波頻率，d_D表示路徑損耗分量。

在信息傳輸子時(shí)隙t₂中，所述第一無(wú)線終端用戶X在獲取所述射頻能量之后，以第一信息傳輸速率向所述第二無(wú)線終端用戶Y傳輸信息，其中所述第一信息傳輸速率表示為在信息傳輸子時(shí)隙t₃中，所述第二無(wú)線終端用戶Y在獲取能量之后，以第二信息傳輸速率向所述第一無(wú)線終端用戶傳輸信息，其中所述第二信息傳輸速率表示為 這樣，所述第一無(wú)線終端用戶X將自己的信息發(fā)送給所述第二無(wú)線終端用戶Y，所述第二無(wú)線終端用戶同樣也將自己的信息發(fā)送給所述第一無(wú)線終端用戶X。在信息交換結(jié)束后，所述第一無(wú)線終端用戶X和所述第二無(wú)線終端用戶Y都擁有了各自所要傳輸?shù)娜啃畔ⅰ?/p>

在上述公式中，h_XY表示從所述第一無(wú)線終端用戶到所述第二無(wú)線終端用戶的信道增益；h_YX表示從所述第二無(wú)線終端用戶到所述第一無(wú)線終端用戶的信道增益；N₀表示噪聲功率。本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，所述第一無(wú)線終端用戶X和所述第二無(wú)線終端用戶Y之間的信息交換傳輸順序可以調(diào)換。

在信息傳輸子時(shí)隙t₄＝t₄⁽¹⁾+t₄⁽²⁾中，所述第一無(wú)線終端用戶X和所述第二無(wú)線終端用戶Y采用Alamouti STBC編碼方式以第三傳輸速率同時(shí)將所述信息聯(lián)合傳輸給所述目的節(jié)點(diǎn)DN，所述第三傳輸速率可以表示為 其中h_XD表示從所述第一無(wú)線終端用戶到所述目的節(jié)點(diǎn)的信道增益；h_YD表示從所述第二無(wú)線終端用戶到所述目的節(jié)點(diǎn)的信道增益。

由以上討論可以得出，所述第一無(wú)線終端用戶X和所述第二無(wú)線終端用戶Y可達(dá)到的速率為：

因此，本發(fā)明的無(wú)線射頻通信系統(tǒng)整體可達(dá)到的速率為R＝min(R_X,R_Y)。進(jìn)而，整個(gè)問(wèn)題可以轉(zhuǎn)化為如下的優(yōu)化問(wèn)題：

s.t. t₁+t₂+t₃+t₄＝1-t₀,

t₁,t₂,t₃,t₄≥0,

為了解決最優(yōu)時(shí)間分配的問(wèn)題，本發(fā)明可以按照如下方法求解時(shí)間，從而獲得最優(yōu)系統(tǒng)速率，具體如下：

首先，給定t₁，一定存在一組唯一解(t₂,t₃,t₄)

根據(jù)t₂∈[0,t₂+t₃],單調(diào)遞增，單調(diào)遞減,當(dāng)(t₁,t₄)給定，使得t₂+t₃＝1-t₀-t₁-t₄為固定值時(shí)，我們總能找到一組唯一解(t₂,t₃)滿足

同樣，和可以分別用(t₁,t₄)表示，此外，因?yàn)?t₂,t₃)被(t₁,t₄)唯一確定，也可以表示為(t₁,t₄)的函數(shù)，這樣，給定t₁的值，t₄也可以唯一確定，從而使得因?yàn)楫?dāng)t₄∈[0,1-t₀-t₁]時(shí)，單調(diào)遞減且當(dāng)t₄＝1-t₀-t₁時(shí)，而當(dāng)t₄＝0時(shí)，且單調(diào)遞增，t₄∈[0,1-t₀-t₁]。

現(xiàn)在給定t₁，一組唯一解(t₂,t₃,t₄)可以確定，所以只要在區(qū)間t₁∈[0,1-t₀]經(jīng)過(guò)一次線性搜索，求出最優(yōu)的t₁，就可以得出最優(yōu)解(t₁,t₂,t₃,t₄)。以下示出了最優(yōu)解搜索算法的偽代碼，第7-17行對(duì)應(yīng)二分法搜索t₂，第4-24行對(duì)應(yīng)二分法搜索t₄。該算法時(shí)間復(fù)雜度為1/Δ·[log(1/σ)]²,其中Δ和σ是步長(zhǎng)參數(shù)，取決于算法的精度要求。

實(shí)施本發(fā)明的無(wú)線射頻通信方法和系統(tǒng)，通過(guò)所述第一無(wú)線終端用戶和所述第二無(wú)線終端用戶之間能量和信息的合作，實(shí)現(xiàn)傳輸效率和用戶公平性的均衡。經(jīng)驗(yàn)證，相比于簡(jiǎn)單無(wú)合作的無(wú)線充電技術(shù)，在兼顧公平性的前提下，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸速率60％的提升。更進(jìn)一步地，本發(fā)明的無(wú)線射頻通信方法和系統(tǒng)無(wú)需無(wú)線終端用戶知道用戶到信息接收節(jié)點(diǎn)的信道狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)明高效。再進(jìn)一步地，本發(fā)明的無(wú)線射頻通信方法和系統(tǒng)，通過(guò)復(fù)雜度低、效率高的方法，獲得了網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的最優(yōu)解。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。