基于多中继的swipt中继网络中arq协议的实现方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及移动通信技术领域中的中继协作传输协议，特别涉及一种基于多中继 的SWIPT(信能同传）中继网络中ARQ协议的实现方法。
【背景技术】
[0002] 中继协作通信是利用分布式单天线终端间的可用空间分集（spatialdiversity) 的一种有效策略。由于无线中继网络中中继节点的自然分布特性，在资源受限或大规模的 中继网络中可以明显提高无线通信系统的性能。但当源节点发送给目的节点的数据成功解 码时，此时如果再中继就显得多余了，考虑到中继阶段要占用信道的一部分带宽，增强型中 继又或者称为协作ARQ协议被提了出来，希望取得较好的频谱效率。
[0003] 在能量约束的无线中继网络，例如无线传感器网络中，节点通常配有固定的能量 供给装置，例如，电池。如此，在充电或者更换电池不方便的场景中，中继网络的生命时间就 会受到限制。从自然环境，如太阳能、风能等收集能量给中继网络提供了新的能源供应方 式。除了这些常用的能源，从射频信号中收集能量吸引了越来越多的注意，因为收集的能量 多少易于控制。基于信能同传通信的概念，信息和能量的同时传输被提出。接着，两种实 用的接收机结构被设计了出来，分别叫做时间切换（TS)结构和功率分配（PS)结构。信能 同传通信自然而然的被应用到了中继网络，在中继网络中中继节点从源节点的射频信号中 收集能量并使用收集到的能量将源节点的信息转发给目的节点。那么，选择一个或多个合 适的中继节点对于提高系统的性能是非常重要的。然而对于能量受限的中继网络，大部分 的研宄都集中在中继节点收集能量的情况，到目前为止，还没有专门为带反馈信息的SWIPT 无线中继网络设计的中继选择协议。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服上述现有技术中的缺陷，提供了基于多中继的SWIPT中继 网络中ARQ协议的实现方法，与传统传输方式相比，该方法可以有效的提高系统的性能。
[0005] 为达到上述目的，本发明通过如下的技术方案予以实现：
[0006] 基于多中继的SWIPT中继网络中ARQ协议的实现方法，包括以下步骤：
[0007] 1)在发送端，源节点首先向网络中的中继节点及目的节点广播所要发送的数据 包，并等待来自目的节点的反馈信息，反馈信息为确认信息ACK或非确认信息NACK;
[0008] 2)在接收端，目的节点根据接收到的数据包进行信息检测如果信息检测正确， 则向源节点和中继节点广播确认信息ACK，若否，则向源节点和中继节点广播非确认信息 NACK；
[0009] 3)在由M个能够进行能量收集的中继组成的无线中继网络中，中继采用解码-转 发方式，若中继接收到来自目节点广播的确认信息ACK，则进行初始化，即擦除接收到的一 切信息和收集到的能量（能量恢复到初始值零）；否则在正确解码的中继中选取多个中继 进行重新传输数据包的操作；其中，M>1 ;
[0010] 若源节点和中继节点接收到的信息是NACK，则进行如下步骤：
[0011] 31)各个中继节点采用的是基于功率分流架构的能量收集模式，每个中继节点都 采用相同的功率分流比值，在由M个中继节点组成的网络中，中继节点根据事先已经确定 的功率分流比率p接收到的信息进行解码，其中，〇 <p< 1 ;
[0012] 32)待全部中继经过解码后，中继网络分为两部分，一部分是由不能正确解码的中 继组成，另一部分是由可正确解码的中继组成的集合；
[0013] 33)在能够正确解码的中继组成的集合中，中继将接收的能量作为本次发送信息 所需的能量，在正确解码的中继组合中，所有中继节点都参与到重新传输过程，中继将依次 向目的节点发送正确解码的数据包，每次传输将占用一个时隙，在此规定重新传输次数为 1，即选取的中继组合中每个中继只能重新传输一次，此后若目的节点仍无法正确接收，则 丢弃此时的数据包，源节点则开始下一个新的数据包的传输，目的节点则进行等增益方式 合并或最大比方式合并。
[0014] 本发明进一步的改进在于，步骤2)中，在接收端，目的节点根据信息检测正确与 否，若信息检测正确，目的节点则向源节点和中继节点广播确认信息ACK，此时源节点将传 输下一个新的数据包；否则，则向源节点和中继节点广播非确认信息NACK，进入由中继参 与的重新传输阶段。
[0015] 本发明进一步的改进在于，步骤3)中，若该中继网络没有可正确解码的中继，则 没有由中继参与的重新传输过程。
[0016] 相对于现有技术，本发明具有如下技术效果：
[0017] 本发明基于多中继的SWIPT中继网络中ARQ协议的实现方法，该方法采用的是带 有反馈信息的通信系统，也即根据目的节点的反馈信息才判断是否中继参与到此次的信息 传输中，与传统的中继网络中采用等增益方式合并或最大比方式合并而言，可提高频谱效 率；另外，本系统下，能量有限的中继网络收集能量并用收集到的能量进行传输，中继是自 给自足式的，因此也就不需要更换电池，特别是对于处于恶劣环境（有毒、峡谷等）中。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明基于多中继的SWIPT中继网络中ARQ协议的实现方法的流程图；
[0019] 图2为本发明中ARQ传输系统的模型框图；
[0020] 图3为本发明中信能同传中继的PS架构图；
[0021] 图4为本发明中仿真性能图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0023] 假设网络中包括一个源节点S，一个目的节点D，和M个中继节点R，hk为第k个中 继节点的前向链路的信道状态信息，gk为第k个中继节点的前向链路的信道状态信息。
[0024] 参见图1至图3,本发明基于多中继的SWIPT中继网络中ARQ协议的实现方法，包 括以下步骤：
[0025] 1)在发送端，源节点首先向网络中的中继节点及目的节点广播所要发送的数据 包，并等待来自目的节点的反馈信息，反馈信息为确认信息ACK或非确认信息NACK;
[0026] 2)在接收端，目的节点根据接收到的数据包进行信息检测如果信息检测正确， 则向源节点和中继节点广播确认信息ACK，若否，则向源节点和中继节点广播非确认信息 NACK；
[0027] 3)在由M个能够进行能量收集的中继组成的无线中继网络中，中继采用解码-转 发方式，若中继接收到来自目节点广播的确认信息ACK，则进行初始化，即擦除接收到的一 切信息和收集到的能量，能量恢复到初始值零；否则在正确解码的中继中选取一个或者多 个中继进行重新传输数据包的操作；其中，M>1。
[0028] 其中，上述步骤2)中，在接收端，目的节点根据信息检测正确与否，若信息检测正 确，目的节点则向源节点和中继节点广播确认信息ACK，此时源节点将传输下一个新的数据 包；否则，则向源节点和中继节点广播非确认信息NACK，进入由中继参与的重新传输阶段。
[0029] 其中，上述步骤3)中，若源节点和中继节点接收到的信息是非确认信息NACK，则 ARQ协议被激活。此协议的具体实施方案如下：
[0030] 采用基于多中继的ARQ协议，所述协作节点的确定具体包括以下步骤：
[0031] 31)各个中继节点采用的是基于功率分流架构的能量收集模式，每个中继节点都 采用相同的功率分流比值，在由M个中继节点组成的网络中，中继节点根据事先已经确定 的功率分流比率p接收到的信息进行解码，其中，〇 <p< 1 ;源节点以固定功率Ps发送 信息，发送的信号为s，那么第k个中继节点接收到的信号与接收能量分别为：
[0032]
【主权项】
1. 基于多中继的SWIPT中继网络中ARQ协议的实现方法，其特征在于，包括W下步骤： 1) 在发送端，源节点首先向网络中的中继节点及目的节点广播所要发送的数据包，并 等待来自目的节点的反馈信息，反馈信息为确认信息ACK或非确认信息NACK ; 2) 在接收端，目的节点根据接收到的数据包进行信息检测如果信息检测正确，则向源 节点和中继节点广播确认信息ACK，若否，则向源节点和中继节点广播非确认信息NACK ; 3) 在由M个能够进行能量收集的中继组成的无线中继网络中，中继采用解码-转发方 式，若中继接收到来自目节点广播的确认信息ACK，则进行初始化，即擦除接收到的一切信 息和收集到的能量（能量恢复到初始值零）；否则在正确解码的中继中选取多个中继进行 重新传输数据包的操作；其中，M〉1 ; 若源节点和中继节点接收到的信息是NACK,则进行如下步骤： 31) 各个中继节点采用的是基于功率分流架构的能量收集模式，每个中继节点都采用 相同的功率分流比值，在由M个中继节点组成的网络中，中继节点根据事先已经确定的功 率分流比率P接收到的信息进行解码，其中，0《P《1 ; 32) 待全部中继经过解码后，中继网络分为两部分，一部分是由不能正确解码的中继组 成，另一部分是由可正确解码的中继组成的集合； 33) 在能够正确解码的中继组成的集合中，中继将接收的能量作为本次发送信息所需 的能量，在正确解码的中继组合中，所有中继节点都参与到重新传输过程，中继将依次向目 的节点发送正确解码的数据包，每次传输将占用一个时隙，在此规定重新传输次数为1，即 选取的各个中继只能重新传输一次，此后若目的节点仍无法正确接收，则丢弃此时的数据 包，源节点则开始下一个新的数据包的传输，目的节点则进行等增益方式合并或最大比方 式合并。
2. 根据权利要求1所述的基于多中继的SWIPT中继网络中ARQ协议的实现方法，其特 征在于，步骤2)中，在接收端，目的节点根据信息检测正确与否，若信息检测正确，目的节 点则向源节点和中继节点广播确认信息ACK，此时源节点将传输下一个新的数据包；否则， 则向源节点和中继节点广播非确认信息NACK，进入由中继参与的重新传输阶段。
3. 根据权利要求1所述的基于多中继的SWIPT中继网络中ARQ协议的实现方法，其特 征在于，步骤3)中，若该中继网络没有可正确解码的中继，则没有由中继参与的重新传输 过程。
【专利摘要】本发明公开了一种基于多中继的SWIPT中继网络中ARQ协议的实现方法，该协议包括：在发送端，源节点向目的节点广播发送数据包，等待来自目的节点的反馈信息。在接收端，目的节点根据接收到的信息进行检测，如果正确接收该信息，目的节点则会广播确认信号ACK，源节点接收到该信号以后则继续传输下一个新的数据包，否则目的节点则会广播非确认信号NACK。此时，正确解码的中继根据本发明所述的两种合并方案进行数据包的重新传输。
【IPC分类】H04L1-18, H04B7-15
【公开号】CN104539403
【申请号】CN201410798696
【发明人】张超, 陈亚伟
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月18日