一种多用户能量采集中继系统的信息传输方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种多用户能量采集中继系统的信息传输方法，根据基站的接收信噪比，选择所有用户中的最优用户发送信息和能量，基站再对中继链路和直达链路接收到的信号进行选择合并，选择对应信噪比最大的链路接收信号作为输出。采用本发明，为多用户中继通信提供一种高效绿色信息传输方法，考虑直达与中继链路、数据传输与无线能量采集对用户选择的联合影响，通过最优化基站接收信噪比选定最佳用户与基站进行数据通信。
【专利说明】
-种多用户能量采集中继系统的信息传输方法
技术领域
[0001] 本发明设及协作无线通信领域，尤其设及一种多用户能量采集中继系统的信息传 输方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，协作中继技术得到了广泛的重视和关注。在无线通信领域应用协作中继 技术，不但能够提高通信的可靠性，还能有效地利用频谱资源，节省信号的发送功率，并且 便于通信系统的规划。鉴于上述优点，协作中继技术现已被I邸E 802.11s-WLAN、802.16j-WMAN、802.20-MBWA等标准化ttp: //Vww. i eee802. org)采纳，具有广阔的工程应用前景。
[0003] 然而中继转发需要额外的能量损耗，限制了对能量存储有限的中继设备的使用。 然而使用能量采集方法，能够从源节点同时传递能量和信号到中继。中继对接收到的能量 进行能量采集后，再利用采集到的能量对来自源节点的信号进行中继转发。该方法激励了 更多的闲置节点用于信号的中继。然而该方法没有考虑中继链路与直达链路、数据传输与 无线能量采集对用户选择的联合影响，从而未能充分地利用通信系统的分集性能。
【发明内容】
[0004] 本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种多用户能量采集中继系统的信 息传输方法。可考虑直达与中继链路、数据传输与无线能量采集对用户选择的联合影响，通 过最优化基站接收信噪比选定最佳用户与基站进行数据通信。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种多用户能量采集中继系统的信 息传输方法，包括W下步骤：
[0006] SI:每个用户发送导频信息至中继及基站，同时分出部分能量供中继采集；
[0007] S2:所述中继进行采集能量并转发信号，发送功率为：
[000引
[0009] 其中，n表示能量采集的转化效率，e表示中继能量采集采用功率分流的参数，Ps表 示用户的发送功率，hsn,R对应第n个用户与所述中继之间的链路即时信道状态信息；
[0010] S3:所述基站采用合并直达与中继两路信号，所述基站接收到直达和中继链路的 信号信噪比如下：
[OOK]其中，hR,D对应中继与基站之间的链路即时信道状态信息，O为方差，[0014]所述基站对应于用户Sn的接收信噪比如下
[0011]
[0012]
[0015]
[0016] S4:通过最大化接收信噪比，选择一个最佳用户进行数据通信，其它用户保持静 默，用户选择方法如下：
[0017]
[0018] 85:选定最佳用户5^进行数据传输，所述用户5^发送数据信号，同时分出部分能量 供所述中继采集，直到数据传输完毕。
[0019] 其中，使用W下中断概率定义通信系统性能：
[0020]
[0021] 其中，Prob(X)表示X发生的概率，丫 th为信噪比口限。
[0022] 实施本发明实施例，具有如下有益效果:考虑直达与中继链路、数据传输与无线能 量采集对用户选择的联合影响，通过最优化基站接收信噪比选定最佳用户。充分利用系统 的分集增益，随着用户数的增加能迅速提高传输的可靠性。本发明将增强多用户能量采集 中继网络的适用性，并为未来无线网络的设计和性能提升提供理论支撑。
【附图说明】
[0023] 图1是本发明的方法流程示意图；
[0024] 图2是本发明在Matlab仿真环境下的中断概率随信噪比变化曲线；
[0025] 图3是本发明在Matlab仿真环境下的中断概率随用户数变化曲线。
【具体实施方式】
[0026] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一 步地详细描述。
[0027] 实施例1:
[0028] 如图1所示流程图，在Matlab仿真环境下，使用蒙特卡洛计算机仿真本发明所提方 法的中断概率及频谱效率。在仿真实验中，系统节点间链路服从瑞利衰落，直达链路的平均 强度为0.2,而两跳中继链路的平均强度均为1。系统各节点处加性高斯白噪声的均值为零， 方差为1。系统的目标数据传输速率为Rs =化PS，相应的信噪比口限丫 th = 22Ks-l = 3,当基站 的接收信噪比小于信噪比口限丫 th时，数据通信无法完成，系统产生中断。功率分流因数E = 0.5,中继能量采集效率11 = 60%。考虑到信道与噪声的随机性，独立运行IO6次循环并对结 果取平均。
[0029] 对于每一次循环，采用如下步骤：
[0030] 1.每个用户Sn发送导频信息至中继R及基站D，同时分出部分能量供中继采集。
[0031] 2.基站接收到直达信号，中继采集能量并转发信号。hsn,R对应第n个用户与中继之 间的链路，中继处发送功率如下：
[0032]
[0033] 3.基站采用选择合并技术合并直达与中继两路信号。用hsn, D对应第n个用户与基 站之间的直达链路，hR,D对应中继与基站之间的链路。计算基站接收到直达和中继链路的信 号信噪比：
[0034]
[0035]
[0036]
[0037]
[003引上述中，hsn,D对应第n个用户与基站之间的直达链路，hsn,R对应第n个用户与中继之 间的链路，hR, D对应中继与基站之间的链路，hsn, D，hsn,R，hR, D分别表示对应链路的即时信道状 态信息，服从复高斯分布。e表示中继能量采集采用功率分流的参数，Tl表示能量采集的转化 效率，I^s表示用户的发送功率，假定系统各个节点处加性高斯白噪声均值为零，方差0 2 = 1。
[0039] 4.通过最大化接收信噪比，选择一个最佳用户进行数据通信，其它用户保持静默， 用户选择方法如下：
[0040]
[0041] 5.选定用户进行数据传输，同时分出部分能量供中继采集，直到数据传输完毕。
[0042] 本发明所提方法的中断概率定义为：
[0043]
[0044] 其中Prob(X)表示事件X发生的概率。中断概率表征通信双方之间一次数据通信失 败的可能性，可W用来衡量一个通信系统的性能，中断概率小，通信系统性能越好。
[0045] 实施例2:
[0046] 如图2所示，本实施例是当用户数N = 2时，发送功率Ps在0~30地的范围内，本发明 所提方法、根据直达链路选择用户方法和根据中继链路选择用户方法的中断概率仿真曲 线。对比可W看出，本发明的方法通过利用基站与用户之间的中继链路，能充分利用系统的 分集增益，中断概率迅速变小，且在高信噪比情况下中断性能明显优于根据直达链路选择 用户方法和根据中继链路选择用户方法。
[0047] 实施例3:
[0048] 本实例的系统仿真参数和实施步骤与例二相同。图3表征的是当Ps = 25地时，用户 数N在1~5范围内，本发明所提方法、根据直达链路选择用户方法和根据中继链路选择用户 方法的中断概率仿真曲线。对比可W看出，随着用户数的增加，本发明所提方法的中断概率 迅速变小，系统传输的可靠性迅速改善。
[0049] 由W上说明可W看出，本发明所提方法考虑直达与中继链路、数据传输与无线能 量采集对用户选择的联合影响，通过最优化基站接收信噪比选定最佳用户。充分利用系统 的分集增益，随着用户数的增加能迅速提高传输的可靠性。本发明将增强多用户能量采集 中继网络的适用性，并为未来无线网络的设计和性能提升提供理论支撑。
[0050] W上所掲露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能W此来限定本发明之权 利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
【主权项】
1. 一种多用户能量采集中继系统的信息传输方法，其特征在于，包括W下步骤： S1:每个用户发送导频信息至中继及基站，同时分出部分能量供中继采集； S2:所述中继进行采集能量并转发信号，发送功率为：其中，η表示能量采集的转化效率，ε表示中继能量采集采用功率分流的参数，Ps表示用 户的发送功率，hsn,R对应第η个用户与所述中继之间的链路即时信道状态信息； S3:所述基站采用合并直达与中继两路信号，所述基站接收到直达和中继链路的信号 信噪比如下：其中，hR,D对应中继与基站之间的链路即时信道状态信息，0为方差， 所述基站对应于用户Sn的接收信噪比如下S4:通过最大化接收信噪比，选择一个最佳用户进行数据通信，其它用户保持静默，用 户选择方法如下：85:选定最佳用户5^进行数据传输，所述用户5^发送数据信号，同时分出部分能量供所 述中继采集，直到数据传输完毕。2. 根据权利要求1所述的多用户能量采集中继系统的信息传输方法，其特征在于，使用 W下中断概率定义通信系统性能：其中，Prob(X)表示X发生的概率，丫 th为信噪比口限。
【文档编号】H04W40/22GK105848245SQ201610322790
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】赖夏智, 邹婉欣, 范立生, 李旭涛, 周雯
【申请人】汕头大学