本发明涉及无线能量收集领域，具体涉及一种采用无线能量收集的放大转发中继的信道估计方法。
背景技术：
无线中继是延伸传输范围或增加基站网络覆盖的有效方法，无需额外的基础设施。一种常用的无线中继协议是放大转发，其中中继节点从信源接收信号，然后在将其转发到目的地之前进行简单地放大，无需进一步处理。传统放大转发中继协议的一个重要问题是中继节点必须消耗自己的能量来放大和转发信号源。这在某些应用中是不可取的，例如，中继节点是同一网络中依赖电池操作的对等用户，中继操作将使电池消耗得更快。为了解决这个问题，可以采用无线能量收集。在无线能量收集中继中，中继节点通常配备有能量收集器，以便在请求中继节点执行放大和转发操作之前，信源为中继节点传送一定量的能量以便其收集。因此，中继节点不再需要担心电池的使用情况。在某些情况下，它甚至可以通过从其他来源收集从而获得能量。为此，能量收集中继在过去几年中受到了高度重视。
对于传统中继和无线能量收集中继，其系统设计的重要部分都是信道估计。信道估计器需要为从信源到中继以及从中继到目的地的链路提供信道状态信息即信道增益，使得中继处可以使用信道增益来设置放大因子或目的地处可以使用信道增益来相干解调接收到的信号。
信道估计一直是已经研究了几十年的无线通信中长期存在的问题。对于传统中继的信道估计已经有相当多的工作，然而关于无线能量收集中继的信道估计的研究很少，目前无线通信技术领域缺乏针对采用无线能量收集的放大转发中继的信道估计方法。
技术实现要素：
本发明的目的是解决现有技术缺乏针对采用无线能量收集的放大转发中继的信道估计方法的技术问题，本发明提供一种基于线性最小均方误差的采用无线能量收集的放大转发中继的信道估计方法。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一种采用无线能量收集的放大转发中继的信道估计方法，包括以下步骤：
步骤1：建立时变瑞利衰落的Jakes模型；
步骤2：确定所述的放大转发中继采用的能量收集策略，所述策略包括时间分配策略和功率切割策略；
步骤3：在中继处和目的地处使用线性最小均方误差理论，针对具体的能量收集策略，计算这两种策略中信源到中继链路和中继到目的地链路的信道增益。具体包括：
a,计算信道增益自相关函数计算公式为：
所述的J0(x)是第一类的零阶贝塞尔函数；所述的f是载波频率；所述的Ts是符号间隔；所述的fTs赋值为0.01；所述的σh符合表示平均衰落功率，具体数值根据实际的信道环境进行确定；
b,设p是中继处包含L个导频的接收信号的L×1向量，q是目的地处包含L个导频的接收信号的L×1向量，r1表示信源到中继链路中k＝1,2,…,K处的衰落系数h1(k)与p之间的L×1相关向量，R1为p的L×L的自相关矩阵，r2表示中继到目的地链路中k＝1,2,…,K处的衰落系数h2(k)与q之间的L×1相关向量，R2为q的L×L自相关矩阵；
针对具体的能量收集策略和信道增益的相关公式，计算相关向量r1、自相关矩阵R1、相关向量r2、自相关矩阵R2、接收信号向量p以及接收信号向量q；
c,使用线性最小均方误差理论，估计信源到中继链路中k＝1,2,…,K处的衰落系数h1(k)和中继到目的地链路中k＝1,2,…,K处的衰落系数h2(k)：
作为一种优选，所述的步骤b还包括：
如果所述的放大转发中继采用时间分配的能量收集策略，则：
计算相关向量r1，所述r1的第l个元素为：所述P1是信源的传输功率，赋值为1；
计算自相关矩阵R1，所述R1的第(l1,l2)的元素为：
所述δ(x)是狄拉克脉冲函数；所述为复加性高斯白噪声的方差，赋值为1；
计算相关向量r2，所述r2的第l个元素为：所述的E{h1(m)}在时变瑞利衰落模型中有：对于任意的m，所述的η为能量采集器的转换效率，赋值为1；
计算自相关矩阵R2，所述R2的第(l1,l2)的元素为：
所述的E{|h1(m1)||h1(m2)|}在时变瑞利衰落模型中，当m1＝m2时，有当m1≠m2时，有
计算中继处包含L个导频的接收信号的L×1向量p和目的地处包含L个导频的接收信号的L×1向量q；所述导频数L在平衡信道估计和性能的情况下，赋值为4；p的4个分量为q的4个分量为所述的根据具体系统进行设定，是h1(l)、h2(l)的初始设定值；所述的n1(l)和n2(l)都是均值为零，方差为的加性高斯白噪声，赋值为1；实际计算时，对白噪声进行采样，将采样序列代入计算；所述的P2是中继的传输功率，并且所述的根据具体系统进行设定，是信源到中继链路处的衰落系数的初始设定值。
作为一种优选，所述的步骤b还包括：
如果所述的放大转发中继采用功率切割的能量收集策略，则：
计算相关向量r1，所述r1的第l个元素为：
所述的ρ是功率切割因子，根据仿真实验，赋值为0.3；所述P1是信源的传输功率，赋值为1；
计算自相关矩阵R1，所述R1的第(l1,l2)的元素为：
所述δ(x)是狄拉克脉冲函数；所述是均值为零的加性高斯白天线噪声n1a(k)的方差；所述是均值为零的加性高斯白转换噪声n1d(k)的方差，赋值
计算相关向量r2，所述r2的第l个元素为：
所述的在时变瑞利衰落模型中近似为具有尺度参数和形状参数K+1的Gamma分布所述的η为能量采集器的转换效率，赋值为1；
计算自相关矩阵R2，所述R2的第(l1,l2)的元素为：
所述的在时变瑞利衰落模型中，当m1＝m2时，等于m1≠m2时，近似于
计算中继处包含L个导频的接收信号的L×1向量p和目的地处包含L个导频的接收信号的L×1向量q；所述导频数L在平衡信道估计和性能的情况下，赋值为4；p的4个分量为q的4个分量为所述的根据具体系统进行设定，是h1(l)、h2(l)的初始设定值；所述n1a(l)是均值为零方差为的加性高斯白天线噪声；所述n1d(l)是均值为零方差为的加性高斯白转换噪声，所述的n2(l)是均值为零，方差为的加性高斯白噪声，赋值为1；实际计算时，对白噪声进行采样，将采样序列代入计算；所述的P2是中继的传输功率，并且所述的根据具体系统进行设定，是信源到中继链路处的衰落系数的初始设定值。
上述的步骤1是考虑了信源节点是固定基站，中继节点和目的地节点是移动接收器的蜂窝系统的下行链路。因此，假设一个中继系统有一个信源节点，一个中继节点和一个目的地节点。每个节点都是半双工的，并有一个单天线(将结果扩展到多个天线相当容易)。为了增加网络覆盖范围，假设信源和目的地之间不存在直接链接。并假定是瑞利衰落。传输在两个不同的时隙中完成以避免干扰。
事实上，在本发明中，能量收集放大转发中继有两种策略用于收集能量：一是时间分配，二是功率切割。如果使用时间分配策略，则在第一个时隙中，信源将封装好的包发送到中继，该包包含K个数据符号、一个用于线性最小均方误差信道估计的导频符号和一个用于时间分配能量收集的导频符号(共K+2个符号)；在第二时隙中，根据时间分配，中继从接收信号的能量收集导频中收集能量，然后用收集到的能量将K个数据符号连同一个新的用于信道估计的导频符号(共K+1个符号)重新封装一起发送到目的地。如果使用功率切割策略，则在第一个时隙中，信源将封装好的包发送到中继，该包包含K个数据符号和一个用于线性最小均方误差信道估计的导频符号(共K+1个符号)；在第二个时隙中，根据功率分配，中继从接收信号的一部分功率中收集能量，然后使用收集到的能量将K个数据符号以及一个用于信道估计的新导频符号(共K+1个符号)重新封装一起转发到目的地。这两种策略的相关公式有所区别，应该区别计算。
本发明具有如下有益效果：本发明的方法解决了现有技术中缺乏针对采用无线能量收集的放大转发中继的信道估计方法的技术问题，能够准确、快速地得到信道估计值，计算精确，有效。
具体实施方式
下面结合实施方式和实施例对本发明的技术方案作进一步阐述。
具体实施方式一：本实施方式是一种采用无线能量收集的放大转发中继的信道估计方法，包括以下步骤：
步骤1：建立时变瑞利衰落的Jakes模型；
步骤2：确定所述的放大转发中继采用的能量收集策略，所述策略包括时间分配策略和功率切割策略；
步骤3：在中继处和目的地处使用线性最小均方误差理论，针对具体的能量收集策略，计算这两种策略中信源到中继链路和中继到目的地链路的信道增益。具体包括：
a,计算信道增益自相关函数计算公式为：
所述的J0(x)是第一类的零阶贝塞尔函数；所述的f是载波频率；所述的Ts是符号间隔；所述的fTs赋值为0.01；所述的σh符合表示平均衰落功率，具体数值根据实际的信道环境进行确定；
b,设p是中继处包含L个导频的接收信号的L×1向量，q是目的地处包含L个导频的接收信号的L×1向量，r1表示信源到中继链路中k＝1,2,…,K处的衰落系数h1(k)与p之间的L×1相关向量，R1为p的L×L的自相关矩阵，r2表示中继到目的地链路中k＝1,2,…,K处的衰落系数h2(k)与q之间的L×1相关向量，R2为q的L×L自相关矩阵；
针对具体的能量收集策略和信道增益的相关公式，计算相关向量r1、自相关矩阵R1、相关向量r2、自相关矩阵R2、接收信号向量p以及接收信号向量q；
c,使用线性最小均方误差理论，估计信源到中继链路中k＝1,2,…,K处的衰落系数h1(k)和中继到目的地链路中k＝1,2,…,K处的衰落系数h2(k)：
具体实施方式二：本实施方式是实施方式一的进一步限定，所述的步骤b还包括：
如果所述的放大转发中继采用时间分配的能量收集策略，则：
计算相关向量r1，所述r1的第l个元素为：所述P1是信源的传输功率，赋值为1；
计算自相关矩阵R1，所述R1的第(l1,l2)的元素为：
所述δ(x)是狄拉克脉冲函数；所述为复加性高斯白噪声的方差，赋值为1；
计算相关向量r2，所述r2的第l个元素为：所述的E{|h1(m)|}在时变瑞利衰落模型中有：对于任意的m，所述的η为能量采集器的转换效率，赋值为1；
计算自相关矩阵R2，所述R2的第(l1,l2)的元素为：
所述的E{|h1(m1)||h1(m2)|}在时变瑞利衰落模型中，当m1＝m2时，有当m1≠m2时，有
计算中继处包含L个导频的接收信号的L×1向量p和目的地处包含L个导频的接收信号的L×1向量q；所述导频数L在平衡信道估计和性能的情况下，赋值为4；p的4个分量为q的4个分量为所述的根据具体系统进行设定，是h1(l)、h2(l)的初始设定值；所述的n1(l)和n2(l)都是均值为零，方差为的加性高斯白噪声，赋值为1；实际计算时，对白噪声进行采样，将采样序列代入计算；所述的P2是中继的传输功率，并且所述的根据具体系统进行设定，是信源到中继链路处的衰落系数的初始设定值。
具体实施方式三：本实施方式是实施方式二的一种限定，所述的步骤b还包括：
如果所述的放大转发中继采用功率切割的能量收集策略，则：
计算相关向量r1，所述r1的第l个元素为：
所述的ρ是功率切割因子，根据仿真实验，赋值为0.3；所述P1是信源的传输功率，赋值为1；
计算自相关矩阵R1，所述R1的第(l1,l2)的元素为：
所述δ(x)是狄拉克脉冲函数；所述是均值为零的加性高斯白天线噪声n1a(k)的方差；所述是均值为零的加性高斯白转换噪声n1d(k)的方差，赋值
计算相关向量r2，所述r2的第l个元素为：
所述的在时变瑞利衰落模型中近似为具有尺度参数和形状参数K+1的Gamma分布所述的η为能量采集器的转换效率，赋值为1；
计算自相关矩阵R2，所述R2的第(l1,l2)的元素为：
所述的在时变瑞利衰落模型中当m1＝m2时，等于m1≠m2时，近似于
计算中继处包含L个导频的接收信号的L×1向量p和目的地处包含L个导频的接收信号的L×1向量q；所述导频数L在平衡信道估计和性能的情况下，赋值为4；p的4个分量为q的4个分量为l＝-(K+1),0,K+1,2(K+1)；所述的根据具体系统进行设定，是h1(l)、h2(l)的初始设定值；所述n1a(l)是均值为零方差为的加性高斯白天线噪声；所述n1d(l)是均值为零方差为的加性高斯白转换噪声，所述的n2(l)是均值为零，方差为的加性高斯白噪声，赋值为1；实际计算时，对白噪声进行采样，将采样序列代入计算；所述的P2是中继的传输功率，并且所述的根据具体系统进行设定，是信源到中继链路处的衰落系数的初始设定值。
最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的精神和范围。