本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于無線能量傳輸?shù)亩嘤脩魠f(xié)作通信系統(tǒng)及資源分配方法。

背景技術(shù)：

隨著無線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對無線通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和運行時間的要求與日俱增。為提高通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率，基于中繼的協(xié)作通信是一種常用的技術(shù)方案。中繼的使用可以解決由于地理等限制而造成的通信雙方之間沒有直達(dá)路徑的問題，從而有效地提高通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率。在無線通信過程中，射頻端的電磁波信號不僅攜帶信息，還同時攜帶能量，因此無線設(shè)備可以從射頻信號中補(bǔ)充能量。無線能量傳輸可以使無線設(shè)備獲得穩(wěn)定可控的綠色能源，但在無線通信領(lǐng)域的研究和應(yīng)用才剛剛開始。

在基于無線能量傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)中，為了延長能量受限的中繼節(jié)點的使用周期，目前的方案大多數(shù)都是假設(shè)通信源節(jié)點擁有恒定的能量供應(yīng)而中繼通過無線能量傳輸從源節(jié)點補(bǔ)充能量，從而克服中繼使用周期受限的問題，如圖1所示。然而在實際無線通信系統(tǒng)中，源節(jié)點同樣也是能量受限的(特別是在無線傳感網(wǎng)中)，從這個角度來說，現(xiàn)有的通信方案具有明顯的不合理性。

此外，由于信道衰減，通過無線能量傳輸?shù)玫降哪芰客鶗艿絿?yán)重的衰減，若利用收集到的能量進(jìn)行無線信息通信，往往會受到低速率和短距離的限制。

因此，如何充分考慮實際情況，充分利用無線能量的可傳遞性，以及采用合理的資源分配最大化系統(tǒng)通信容量，是本專利擬解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點與不足，本發(fā)明提供一種基于無線能量傳輸?shù)亩嘤脩魠f(xié)作通信方法及系統(tǒng)，有效地擴(kuò)大了通信系統(tǒng)的覆蓋率和操作時間，通過中繼對無內(nèi)嵌能量供應(yīng)的源節(jié)點進(jìn)行無線供電并轉(zhuǎn)發(fā)它們的信息，作為一種新的無線能量傳輸通信方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于無線能量傳輸?shù)亩嘤脩魠f(xié)作通信方法，包括如下步驟：

S1、中繼向所有源節(jié)點廣播能量信號；

S2、源節(jié)點從接收到的電磁波信號中采集到能量后，在中繼的協(xié)助下，依次與目的節(jié)點通信。

進(jìn)一步地，所述步驟S1，具體為：

S11、固定設(shè)置中繼進(jìn)行無線能量傳輸?shù)臅r間；

S12、中繼在固定的時間內(nèi)向所有源節(jié)點廣播能量信號，同時所有源節(jié)點利用接收到的能量信號補(bǔ)充能量用于下一階段的信息發(fā)送。

進(jìn)一步地，所述步驟S12中，中繼以峰值功率向所有源節(jié)點廣播能量信號。

進(jìn)一步地，所述步驟S2，具體為：

S21、當(dāng)無線能量傳輸完成后，中繼切換為無線信息轉(zhuǎn)發(fā)模式；

S22、源節(jié)點利用采集到的無線能量，在中繼的協(xié)助下依次與相應(yīng)的目的節(jié)點進(jìn)行無線信息通信。

進(jìn)一步地，所述中繼采用時分模式在無線能量傳輸和無線信息轉(zhuǎn)發(fā)之間進(jìn)行切換。

進(jìn)一步地，所述中繼通過拉格朗日對偶法計算每對源節(jié)點和目的節(jié)點之間進(jìn)行無線信息通信的時間，以及相應(yīng)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)功率。

本發(fā)明的另一目的是提供一種基于無線能量傳輸?shù)亩嘤脩魠f(xié)作通信系統(tǒng)，包括中繼、多個源節(jié)點以及多個相應(yīng)的目的節(jié)點，所述中繼用于無線能量發(fā)射和無線信息通信轉(zhuǎn)發(fā)，所述源節(jié)點用于采集到的無線能量以及使用采集的無線能量發(fā)送無線信息，所述目的節(jié)點用于與源節(jié)點進(jìn)行無線信息通信。

進(jìn)一步地，所述中繼、源節(jié)點以及目的節(jié)點均包括單天線。

采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明至少具有如下有益效果：

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有方案忽略源節(jié)點能量供應(yīng)的限制，設(shè)計出一種新型的集合能量傳輸和信息轉(zhuǎn)發(fā)于一體的混合中繼方法，既可以使得沒有內(nèi)嵌能量供應(yīng)的源節(jié)點可以通過無線能量傳輸從中繼處采集能量，用以延長無線協(xié)作通信系統(tǒng)的使用周期，又可以通過中繼轉(zhuǎn)發(fā)信息來解決無內(nèi)嵌能量供應(yīng)的源節(jié)點通信速率低和通信距離短的問題，因而擁有廣泛的實際應(yīng)用前景；

2、本發(fā)明針對新提出的系統(tǒng)方法，提出了一種基于時分的多用戶協(xié)作通信的最優(yōu)資源分配方案，使得系統(tǒng)總速率最大化。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)的基于中繼輔助的無線攜能通信方法框架圖；

圖2為本發(fā)明一種基于無線能量傳輸?shù)亩嘤脩魠f(xié)作通信系統(tǒng)的框架圖；

圖3為本發(fā)明一種基于無線能量傳輸?shù)亩嘤脩魠f(xié)作通信方法的基于時分的無線能量傳輸和無線信息傳輸?shù)臅r間分配圖；

圖4為本發(fā)明一種基于無線能量傳輸?shù)亩嘤脩魠f(xié)作通信方法的步驟流程圖。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互結(jié)合，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本申請作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖2所示，本發(fā)明提出的基于無線能量傳輸?shù)男滦投嘤脩魠f(xié)作通信系統(tǒng)，包括一個中繼、多個通信源節(jié)點以及多個相應(yīng)的通信目的節(jié)點。所有節(jié)點都配備的是單天線。本發(fā)明在中繼處采用時分技術(shù)。

如圖3所示，所有節(jié)點都配備的是單天線。對于具有K(K>＝2)對“源-目的”節(jié)點對的上述系統(tǒng)，所述的工作流程可分為K+1個時間段，從第0個時間段開始，一直到第K個時間段結(jié)束?！霸?目的”節(jié)點表示每對源節(jié)點和目的節(jié)點之間的關(guān)系。

如圖4所示，本發(fā)明提供的一種基于無線能量傳輸?shù)亩嘤脩魠f(xié)作通信方法，步驟包括：

步驟S101：在第0個時間段，處于能量準(zhǔn)備過程，然后中繼以峰值功率向所有源節(jié)點廣播能量信號，與此同時所有源節(jié)點從接收到的射頻信號中采集能量從而補(bǔ)充能量；其特征在于，中繼以峰值功率廣播能量，使得在一定的傳輸能量的情況下，所使用的時間盡可能的小，相應(yīng)地有更多的時間可以用來傳輸信息，從而提高系統(tǒng)總的速率。

步驟S102：當(dāng)所有的源節(jié)點采集完能量后，便在中繼的協(xié)助下依次發(fā)送信息到相應(yīng)的目的節(jié)點。根據(jù)拉格朗日對偶法，本發(fā)明分配給每對“源-目的”通信節(jié)點對相應(yīng)的不同長度的時間段，并且得到了中繼在每個時間段轉(zhuǎn)發(fā)相應(yīng)信息的發(fā)射功率；線性搜索用于無線能量傳輸?shù)臅r間，找出最優(yōu)的時間分配以最大化系統(tǒng)總速率。

本發(fā)明采用無線能量傳輸方案，所有的源節(jié)點由于能量受限或者沒有內(nèi)嵌的能量供應(yīng)，需要對中繼發(fā)射的能量信號進(jìn)行采集，利用采集到的能量發(fā)射信息。本發(fā)明首先分配一段傳輸時間用于中繼對所有源節(jié)點廣播能量信號，同時所有源節(jié)點在這段時間內(nèi)進(jìn)行能量采集；再將剩余的傳輸時間分配給各個源節(jié)點傳輸信息給各自的目的節(jié)點。每一對“源-目的”節(jié)點對都在中繼的輔助下進(jìn)行通信。本發(fā)明提出的方案中，中繼節(jié)點既可對源節(jié)點進(jìn)行無線充電，又可轉(zhuǎn)發(fā)它們的信息，對能量受限和地理位置受限的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點具有很好的實際工程應(yīng)用前景。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解的是，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種等效的變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同范圍限定。