能量收集中继通信方法与系统与流程

本公开内容是关于一种通信方法，特别是一种利用能量收集功能的中继系统来缓减干扰的通信方法。

背景技术：

在某些中继通信应用中，环路干扰(loopinterference，li)是主要的性能限制因素。li越高，可传输到目的地的信号的功率就越低。因此，中继通信系统的环路抗干扰能力成为本技术领域重要特征。

技术实现要素：

本发明揭露一种能量收集中继通信方法，其包含以下步骤：根据功率分配比以及中继节点的噪声大小，确定第一信号的第一统计信息以及第二信号的第二统计信息；根据功率分配比、第一统计信息以及第二统计信息，通过中继节点中继第一信号，以产生第二信号；以及通过目的地节点接收第二信号。

本发明揭露一种能量收集中继通信系统，其包含来源节点、中继节点以及目的地节点。中继节点用以根据功率分配比来分配带有第一统计信息的第一信号，并根据第一信号产生带有第二统计信息的第二信号。来源节点用以根据功率分配比来确定第一统计信息以及第二统计信息。

本发明提出的通信方法与系统能够强化中继通信系统的环路抗干扰能力。

附图说明

在阅读了下文实施方式以及附随附图时，能够优选地理解本揭露的多种态样。应注意到，根据本领域的标准作业习惯，图中的各种特征并未依比例绘制。事实上，为了能够清楚地进行描述，可能会刻意地放大或缩小某些特征的尺寸。

图1为根据本公开内容一些实施例的系统的概要附图。

图2为根据本公开内容一些实施例的图1所示系统的中继节点的概要附图。

图3为根据本公开内容一些实施例的用以操作图1所示系统的方法的流程图。

图4为根据本公开内容其他实施例的用以操作图1所示系统的方法的流程图。

具体实施方式

参照图1。系统100是一种全双功无线中继通信系统，其包含一中继节点120，用以无线地接收并重新传输信号。中继节点120可自来源节点140接收一信号s1，并将发送一传输信号至目的地节点160。然而，传输信号中仅有一部分(即，信号s2)会被目的地节点160所接收。传输信号的另一部分(即，噪声ir)则会被中继节点120自身接收。

来源节点140编码信息以产生信号s1，且目的地节点160译码所接收到的信号s2。系统100的效能与信号s2的功率p2和信号s1的功率p1的比值相关。随着p2比p1的比值增加，系统100的效能也越好。在本实施例中，中继节点120并非由外部电源所供电。因此，信号s2和噪声ir的总功率会因为能量守恒而保持不变。中继节点120会消耗功率p1的一部分以产生信号s2。然而，中继节点120能够重新使用回到中继节点120的噪声ir的一部分功率。在此种状况下，本公开内容提出的系统100可将分配给信号s2及噪声ir的功率优化，以实现所欲的信号通信效能。

在系统100中，信号系通过天线182、184、186与188而在节点140、120与160间无线传输。因此，在信号传输的过程当中，就会发生损耗，其中hsr、hrd以及hrr分别代表从来源节点140到中继节点120、从中继节点120到目的地节点160以及从中继节点120回到中继节点120的通道系数。耦合损耗hrr²(从天线186到天线184的路径的信道增益)亦称为环路干扰(li)。

参照图2。中继节点120使用一能量收集(energy-harvesting，eh)译码转传(decode-and-forward，df)的配置并包含分电装置122、eh装置124、信息译码(informationdecoding，id)装置126及放大器128。

参照图2，在节点n1处将噪声na并入信号s1中，以模拟中继节点120使用天线184来接收信号s1引入的天线噪声。分电装置122根据分电装置122中设定的功率分配比ρ，将带有噪声na的信号s1分配为一eh部分以及一信息部分，其中功率分配比ρ等于eh部分的功率与功率p1的比值。换句话说，信息部分的功率与功率p1的比值等于(1-ρ)。

在节点n2处将噪声np并入信息部分中，以模拟中继节点120中出现的处理噪声。由id装置126译码带有噪声np的信息部分(标记为信号yr)，之后经放大器128放大。

在另一个由分电装置122向外的路径中，eh装置124收集eh部分的能量。更明确地说，eh装置124接收eh部分并利用其产生一eh功率，且将此eh功率提供给放大器128。eh功率为当放大器128放大译码后的信息部分以产生信号sr时所消耗的功率。之后通过天线186将信号sr以信号s2的形式传输至目的地节点160，而附随的噪声ir则通过天线184回到中继节点120。噪声ir与信号sr的比值和介于从0到1间的衰减系数μ相关。具体来说，衰减系数μ等于噪声ir的功率与信号sr的功率的比值。

在系统100中，可将信号s1及信号s2建模为复随机变量，并具有变异数cs1、cs2及伪变异数在本实施方式中，将信号s1及信号s2表示为非正则高斯信号(impropergaussiansignal，igs)，且伪变异数及不等于零。此外，以信号s1为例，可将变项cs1表示为下式：

，且变项cs1遵循以下条件：若且唯若变项cs1为半正定(positivesemidefinite，psd)，则存在带有变异数cs1及伪变异数的信号s1。因此，当发现一对变异数及伪变异数时，必定存在且能够得出复随机变量。

可达率re2e定义为系统100从来源节点140到目的地节点160的通量，且可利用伪变异数及伪变异数来表示。基于方程式1以及方程式1所遵循的条件，可通过取得变异数cs1、变异数cs2、伪变异数及伪变异数来得到信号s1及信号s2。

在本公开内容中，可达率re2e系指系统100的效能。再者，信号s1及信号s2为igs，使得可达率re2e成为封闭形式且变得为可解的形式，进而使得可达率re2e变为一优化问题。为了要得到优选可达率re2e，可将伪变异数及伪变异数优化，以实现可达率re2e的优化，并可产生相应的信号s1及s2。上述解法的细节详见下文说明。

参照图3。适用于系统100的通信方法300包含操作s310、s320及s330。在操作s310中，来源节点140确定伪变异数伪变异数功率分配比ρ以及中继节点120的噪声大小，以产生信号s1。在操作s320中，中继节点120根据伪变异数伪变异数以及功率分配比ρ来中继信号s1，以产生信号s2。在操作s330中，目的地节点160接收信号s2。

再次参照图1与图2。可根据通道系数hsr及hrr、功率分配比ρ以及噪声na与np，将信号yr表示为以下方程式：

，其中pr代表信号yr的功率。在某些实施方式中，噪声nr是独立且均匀分布的(independentandidenticallydistributed，i.i.d.)圆形对称复高斯(circularsymmetriccomplexgaussian，cgcs)噪声。噪声nr包括噪声na及噪声np，且可表示为以下方程式：

，其中噪声nr的噪声大小为σr²。再者，可得出干扰加噪声ir'：

噪声ir'是来自传回的噪声ir，且噪声ir'为信号yr中的噪声部分。

由来源节点140到中继节点120的可达率rsr和信号yr与信号ir的比值相关，且可表示为以下方程式：

基于耦合损耗hrd，可将信号s2表示为以下方程式：

，其中nd代表在目的地节点160的噪声。相似地，由中继节点120到目的地节点160的可达率rrd和信号s2与噪声nd的比值相关。

可通过选择最小的可达率rsr及可达率rrd，而得到可达率re2e，且可表示为以下方程式：

re2e＝min(rsr，rrd)(方程式8)。

方程式8包含功率分配比ρ此一参数，因此可达率re2e有一限制，并可表示为：

0≤ρ≤ρmax(方程式9)。

功率分配比ρ代表由功率p1分出来的比例，因此，ρmax小于等于1。

根据方程式1、方程式8及方程式9，可进行交替优化(alternatingoptimization，ao)算法求解方程式8。基于方程式1的条件与方程式9的限制，可将方程式8分为三个子题，分别对应于参数ρ、以及σr。可通过分别求解每一子题来求解方程式8。在解决了上述三个子题后，可比较每一子题中的参数，来确定是否得到解。

参照图4。以方法400的操作s410-s460来进一步说明操作s310，而方法400系由来源节点140所进行。

在求解前，将伪变异数的初始值、伪变异数的初始值以及噪声大小σr²的初始值设定为常数(s410)。举例来说，将伪变异数伪变异数及噪声大小σr²都设定为0。

在将伪变异数伪变异数及噪声大小σr²设定为常数之后，可通过求解方程式8而得到功率分配比ρ(s420)。接着，根据功率分配比ρ及噪声大小σr²来更新伪变异数及伪变异数(s430)。具体来说，将功率分配比ρ及噪声大小σr²视为常数，且通过求解方程式8来得到伪变异数及伪变异数其后，根据伪变异数伪变异数及功率分配比ρ来更新噪声大小σr²(s440)。相似地，将伪变异数伪变异数及功率分配比ρ视为常数；即可通过求解方程式8而得到噪声大小σr²。

在进行s420-s440的第一次迭代操作后，分别将更新后的伪变异数及伪变异数和更新前的伪变异数及伪变异数进行比较(s450)。当更新后的伪变异数等于更新前的伪变异数或当更新后的伪变异数不等于更新前的伪变异数方法400回到操作s420，并进行s420-s440的下一次迭代操作。

当更新后的伪变异数等于更新前的伪变异数且当更新后的伪变异数等于更新前的伪变异数确定信号s1及信号s2分别带有最新的伪变异数及最新的伪变异数(s460)。

在某些实施方式中，系统100在执行方法400时有一最大的迭代次数限制。当迭代次数到达此上限数目时，不论操作s450为“是(true)”或“否(false)”，方法400都会进行到操作s460。

在其他实施方式中，在进行s410-s440操作时，ρ、及σr²等参数是可替换的。举例来说，在操作s410中，将ρ的初始值以及的初始值设定为常数，并在操作s420中根据ρ及得到噪声大小σr²。将的初始值设定为0，并将功率分配比ρ设定为0.5。接着，在后续的s430-s440操作中，更新ρ及

在确定伪变异数及伪变异数之后，可根据方程式1遵循的条件来确定信号s1及信号s2。来源节点140产生的信号s1带有所确定的伪变异数且中继节点120中继信号s1，以产生带有所确定的伪变异数的信号s2。

总结来说，在衰减系数μ为常数的前提下，可运用方法400来计算信号s1及信号s2、功率分配比ρ以及噪声大小σr²的第二阶统计信息之后，系统100可操控来源节点140及中继节点120使其能够根据计算得到的参数ρ及σr²而具有信号s1及信号s2作为所欲的igs，以便达到最高的可达率re2e。相关领域当可理解，可达率re2e是评估系统100的重要指针。因此，能够提升系统100的效能以及li阻抗。

上文的叙述简要地提出了本申请某些实施例的特征，而使得本申请所属技术领域具有通常知识者能够更全面地理解本申请内容的多种态样。本申请所属技术领域具有通常知识者当可明了，其可轻易地利用本申请内容作为基础，来设计或更动其他制程与结构，以实现与此处该的实施方式相同的目的和/或达到相同的优点。本申请所属技术领域具有通常知识者应当明白，这些均等的实施方式仍属于本申请内容的精神与范围，且其可进行各种变更、替代与更动，而不会悖离本申请内容的精神与范围。

【符号说明】

100：系统

120：中继节点

122：分电装置

124：能量收集装置

126：信息译码装置

128：放大器

140：来源节点

160：目的地节点

182：天线

184：天线

186：天线

188：天线

300：通信方法

400：方法

hrd：通道系数

hrr：通道系数

hsr：通道系数

ir：噪声

n1：节点

n2：节点

na：噪声

np：噪声

pr：功率

s1：信号

s2：信号

s310：操作

s320：操作

s330：操作

s410：操作

s420：操作

s430：操作

s440：操作

s450：操作

s460：操作

sr：信号

yr：信号

ρ：功率分配比。