一种基于最小接收信噪比最大化的携能通信系统双向中继选择方案的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及基站和用户双向通信，尤其设及一种基于最小接收信噪比最大化的携 能通信系统双向中继选择方法。
【背景技术】
[0002] 中继是网络物理层的连接设备，主要功能是通过对数据信号的重新发送或者转 发，来扩大网络传输的距离。简单通俗地说，中继就是用来在网络中放大信号的，而双向中 继通信方案在同一个物理信道中支持了两个单向信道，实现了更大的和速率，因此双向中 继技术得到了广泛的研究，该技术可W提高系统吞吐量，弥补单向中继系统频谱低下的缺 点。目前，双向中继系统为无线局域网(WLAN，Wireless Local Area Network)、无线传感器 网络(WSN，Wireless Sensor Networks)中的高效数据通信提供了一种有效的技术手段，已 经得到学术界和产业界的高度重视。
[0003] 运里采用基于最小接收信噪比准则制定中继选择方案。信噪比是度量通信系统通 信质量可靠性的一个主要技术指标。增大或改善信噪比是提高通信质量的一项主要任务。 在传输中，可通过改善传输手段和增大设备能力来实现。例如采用光缆、同轴电缆或卫星信 道W减少传输损耗和噪声。但信道选定后，主要靠增大设备能力，例如在卫星通信中提高天 线增益和降低接收机等效噪声溫度。
[0004] 供电的双向中继通信是一种新的网络模式，其中，无线通信设备的电池可W通过 微波无线电力传输装置实现远程补充技术(WPT)，用户接收信号后由给定的功率分配因子 W-定的能量解码所接收的信号(DF)，余下的能量保存在用户中，用于下次通信。无线供电 的通信网络(WPCN)减少了频繁手动更换电池 W及充电的麻烦，并有更高的吞吐量，更长的 元件寿命W及更低的网络运营成本。此外，WPCN可W根据不同的环境和服务需求控制它的 发射功率，波形、占用时间、频率尺寸等。与传统的能量收集相对比，例如，WPCN利用可再生 能源，因为可再生能源大多是随机且随时间变化的，无法实现按需能量需求来供给到设备 端。WPT相比传统能源供应方法的运些明显的优势使得WPCN成为一个有前途的新模式，但不 可否认，WPCN也带来巨大的挑战，能量转移需要更复杂的系统设计，构建高效WPCN在实践中 是一个具有挑战性的问题，一方面，由于功率随着距离的衰减接收到的能量可W非常低，运 种能量远近效应可导致在不同的位置的用户有不公平现象；另一方面，在WPCN中传输能量 的接头设计是必要的，首先，无线能量和信息的传输往往相关，比如，一个设备传输数据之 前WPT需要收获足够的能量，第二，能量转移共享频谱与通信信道，运可能会导致对并发信 息传输的共信道干扰。由于上述原因，需要新的物理层传输技术W及网络协议设计，W优化 WPCN的性能。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题为:一种带无线充电的基站和用户双向通信在最小信噪 比最优下的中继选择方案，从而提高了系统的通信质量和中断性能，适用于无线通信。系统 在运行时，存在多个可供用户选择的中继节点，中继选择技术按照某种准则选择一个最优 中继，基站和用户利用选定的中继转发信息。其中用户配备充电电池，从接收到的信号中收 集能量，基站和中继配备电池。利用本发明，可显著降低中断概率、误码率，提高系统的吞吐 量。
[0006] 本发明基于最小信噪比最大为准则进行中继选择所采取的技术方案具体为:基站 和用户双向通信系统由一个基站、多个中继和一个用户组成，其中中继有一个放大器，基站 和用户都一个解码器，系统还配备一个中继选择控制器。本发明中，基站和中继配有电池， 用户没有电源供应，采用无线充电技术，从接收信号中收集能量和充电。
[0007] 本发明中W最小信噪比最大为准则进行中继的选择，最小信噪比是指在基站和用 户双向通信过程中，基站和用户接收信噪比最差的达到最大值。所有节点都W半双工模式 工作在同一频段，所考虑的基站和用户之间没有直接的联系，而是通过选定的中继协作通 信。在第一个时隙内，用户和基站同时向中继发射他们的信号，在第二个时隙内，中继节点 将接收到的信号首先进行放大，再向用户和基站转发，基站和用户各自解码出所需要的信 息。
[0008] 不同的中继网络有一个对应的放大器，用来将接收信号放大W满足中继的功率限 审IJ，基站和用户都有一个解码器，发送端能量发射器和信号发射器的有两套天线系统，系统 各个节点包括接收单元、发送单元和数据处理单元，基站和用户中继在接入控制单元的控 制下，通过中继转发进行通信。
[0009] 本发明所述的系统基于在最小信噪比最高下的中继选择方案，包括W下步骤：
[0010] 步骤一，中继选择控制器探测各中继信道状态信息，根据本发明方案准则进行中 继选择；
[0011] 步骤二，基站和用户同时发送信息给选定的中继，；
[0012] 步骤Ξ，中继对接收到的信号放大并转发给基站和用户；
[0013] 步骤四，基站和用户对收到的信号解码，其中用户收集能量，在给定的功率因子下 一部分能量用来解码信号，一部分能量保存下来W供下次发送信号；
[0014] 假设基站为B，用户为U，i个中继分别为化，R2,. . .Ri。
[0015] 基站接收信号表达式为
[0021] 在最小信噪比最大方案下选择的中继Ri应满足
[0022]
[0023] 运里定义系统中断概率为P〇ut = Pr{min(丫 U，丫 B)< 丫化}，则对应最小信噪比越大 系统中断概率越小，可W用系统中断概率表征最小信噪比。
[0024] 其中，中继放大因3
. Λ?,为中继接收到的信号山为基 站和中继之的信道系数，g功用户和中继之的信道系数，〇B，〇U，％分别为用户、基站和中继 接收信号噪声方差，P为用户端功率分配因子。
[0025] 本发明可W做到系统的中断选择控制器在通信之前探测系统的信道信息，从而找 到最佳的中继。与随机选择相比，该方案明显提高了系统最小接收信噪比，降低了系统的中 断概率，进而提高了系统的分级增益，降低中断概率和误码率，从而提高系统的吞吐量。
【附图说明】
[0026] 图1为本发明系统结构示意图；
[0027] 图2为本发明方法流程图；
[00%]图3本方案与随机选择的中断概率对比图。
【具体实施方式】
[0029 ] W下结合附图和具体实施例进一步描述。
[0030] 结合图1，图2,本发明基于最小信噪比最大为准则进行中继基站和用户双向通信 系统由一个基站、多个中继和一个用户组成，其中中继有一个放大器，基站和用户都一个解 码器，系统还配备一个中断选择控制器。本发明中，基站和中继配有电池，用户没有电源供 应，采用无线充电技术，从接收信号中收集能量和充电。
[0031] 本发明中W最小信噪比最大为准则进行中继的选择，最小信噪比是指能让基站和 用户双向通