一种全双工中继无线信息与能量同步传输的功率分流方法与流程

技术特征：

1.一种全双工中继无线信息与能量同步传输的功率分流方法，用于全双工中继网络，其特征在于：采用功率分流的中继收发机架构，全双工中继节点从收到的源节点的射频信号中采集能量，实现无线全双工信息中继；

基于全部信息状态信息的功率分流：利用第一跳、第二跳和中继回路信道的状态信息，通过端到端SINR最大化准则或系统的中断概率最小化准则确定最优的功率分流比率确定最优的功率分流比率；

或者基于部分信息状态信息的功率分流：利用第一跳和中继回路信道的状态信息，通过端到端SINR最大化准则或系统的中断概率最小化准则确定最优的功率分流比率确定最优的功率分流比率。

2.根据权利要求1所述的全双工中继无线信息与能量同步传输的功率分流方法，其特征在于：所述全双工中继网络包括源节点、目的节点以及全双工中继节点；

所述源节点与目的节点分别配置有单天线；所述全双工中继节点配置有接收天线和发射天线；

所述全双工中继节点的初始能量由其配置的电池提供，全双工中继节点从接收到的射频信号中采集能量，完成信息中继过程。

3.根据权利要求2所述的全双工中继无线信息与能量同步传输的功率分流方法，其特征在于：所述全双工中继节点采用基于AF策略的全双工中继节点。

所述全双工中继节点上设置有能量采集机和基带信号处理器，来自源节点的射频信号一部分被送入能量采集机，另一部分被送入基带信号处理器。

4.根据权利要求3所述的全双工中继无线信息与能量同步传输的功率分流方法，其特征在于：所述基于全部信息状态信息的功率分流是这样实现的：

假定中继节点可获得完整CSI，

S1：源节点发送信号；

S2：全双工中继节点接收信号；

S3：采用信道估计方法获得完整信道状态信息；

S4：计算四次方程的系数；

S5：确定四次方程；

S6：求解四次方程并确定功率分流比率ρ；

S7：全双工中继节点对接收到的射频信号按ρ：(1-ρ)进行功率分流；

S8：全双工中继节点的能量采集机进行能量采集，基带信号处理器进行基带信号处理，并利用采集的能量进行信号放大和转发；

S9：目的节点接收由全双工中继节点发来的信号。

5.根据权利要求4所述的全双工中继无线信息与能量同步传输的功率分流方法，其特征在于：所述S4是这样实现的：

按照下式计算四次方程的系数：

a₀＝1+γ_SR，

a₁＝-2(1+η|f|²)(1+γ_SR)，

a₂＝γ_SR-ηγ_RID+η²|f|⁴(1+γ_SR)

+η|f|²(5+γ_SR(4-ηγ_RD))，

a₃＝-2η|f|²(γ_SR+η|f|²(2+γ_SR)-η(1+γ_SR)γ_RID)，

a₄＝η²|f|²(η|f|²+γ_SR)(|f|²-γ_RD).

其中，

γ_SR为源节点-中继节点信道间的信噪比

γ_RD为中继节点-目的节点信道间的信噪比

f为中继回路干扰信道

η为能量转换效率。

6.根据权利要求5所述的全双工中继无线信息与能量同步传输的功率分流方法，其特征在于：所述S5是这样实现的：

按照下式确定四次方程：

$Q_1\left(\mathrm{\ρ}\right)\stackrel{\mathrm{\Δ}}{=}{a}_4{\mathrm{\ρ}}^4+a_3{\mathrm{\ρ}}^3+a_2{\mathrm{\ρ}}^2+a_1\mathrm{\ρ}+a_0$

其中，Q_1(ρ)为确定最优的功率分流比率的四次方程；

a₁，a₂，a₃，a₄，为计算确定的四次方程系数，

ρ为最佳功率分离比率。

7.根据权利要求6所述的全双工中继无线信息与能量同步传输的功率分流方法，其特征在于：所述S6是这样实现的：

通过Descartes-Euler-Cardano方法或Ferrari-Lagrange方法获得四次方程的解析解，然后通过下式确定功率分流比率：

其中，γ_RD为中继节点-目的节点信道间的信噪比

f为中继回路干扰信道。

8.根据权利要求3所述的全双工中继无线信息与能量同步传输的功率分流方法，其特征在于：所述基于部分信息状态信息的功率分流是这样实现的：

假定中继节点只能获得第一跳信道和中继回路信道的CSI，

N1：源节点发送信号；

N2：全双工中继节点接收信号；

N3：采用信道估计方法获得部分信道状态信息；

N4：；计算四次方程的系数并确定四次方程；

N5：求解四次方程并确定功率分流比率ρ；

N6：全双工中继节点对接收信号按ρ：(1-ρ)进行功率分流；

N7：全双工中继节点的能量采集机进行能量采集，基带信号处理器进行基带信号处理，并利用采集的能量进行信号放大和转发；

N8：目的节点接收由中继节点发来的信号。

9.根据权利要求8所述的全双工中继无线信息与能量同步传输的功率分流方法，其特征在于：所述N4是这样实现的：

按照下式计算四次方程的系数：

c₀＝γ_SR-γ₀， (29a)

c₁＝2ηγ₀|f|²-2γ_SR(1+η|f|²(1+γ₀))， (29b)

c₂＝γ_SR(1+η|f|²(4+η|f|²(1+γ₀))-η²γ₀|f|⁴ (29c)

c₃＝-2ηγ_SR|f|²(1+η|f|²)(1+γ₀)， (29d)

c₄＝η²γ_SR|f|⁴(1+γ₀). (29e)

γ_SR为源节点-中继节点信道间的信噪比

f为中继回路干扰信道

η为能量转换效率；

然后按照下式确定四次方程：

Q₂(ρ)＝c₄ρ⁴+c₃ρ³+c₂ρ²+c₁ρ+c₀。

其中，Q₂(ρ)为确定最优的功率分流比率的四次方程；

ρ为最佳功率分离比率。

10.根据权利要求9所述的全双工中继无线信息与能量同步传输的功率分流方法，其特征在于：所述N5是这样实现的：

按照下式确定功率分流比率：