具有SWIPT和自能量回收的非分时全双工中继系统

发布时间：2021-09-23 06:41

　　应用无线携能通信（simultaneous wireless information and power transfer, SWIPT）技术实现基于无线射频信号的信息与能量传输,提出在基于无线射频网络中采用SWIPT技术的具有自能量回收的非分时全双工中继系统.该系统利用网络中多个可供电无线设备作为能量接入点（energy access point, EAP）,能量受限的中继采用功率分配方案,实现信息传输、能量捕获和协作传输在1个时间块中同步进行.以最大化系统吞吐量作为优化目标,采用二次优化、半定松弛和变量消减等方法将原多变量非凸问题转换为半定规划问题,运用拉格朗日方法进行问题求解,通过联合优化中继发射功率、中继发射波束成形向量和功率分配比率,提高系统的性能增益.实验结果表明了所提出系统的吞吐量在解码转发（decode-and-forward, DF）协议下优于在放大转发（amplify-and-forward, AF）协议下;在中继从源节点捕获的能量有限时,通过增加EAP的数量来提高系统捕获的能量能有效提高系统运行速率;验证了与HD-SWIPT（half-duplex with SW... 

【文章来源】：计算机研究与发展. 2020,57(09)北大核心EICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

SWIPT全双工中继系统

图2给出了系统中继接收端的结构设计图.接收端根据已有研究提出的PS方案将接收的RF信号分成信息流和能量流,其中以ρ∈(0,1)的功率分配比用于ID,以1-ρ的功率分配比用于EH[13].本文在能量受限的中继处设置功率分配器进行ID和EH,中继通过能量捕获器将从源节点和EAP捕获的能量转换为可供中继运作的电能并存储在可存储电池中,被捕获的能量用于发射信息到目的节点.本文提出的中继系统传输协议如图3所示.不同于传统的分时隙阶段型传输信息与能量的中继系统,本文系统在整个传输时隙块中,实现信息传输、能量捕获和协作传输在1个时间块中同步进行.

本文提出的中继系统传输协议如图3所示.不同于传统的分时隙阶段型传输信息与能量的中继系统,本文系统在整个传输时隙块中,实现信息传输、能量捕获和协作传输在1个时间块中同步进行.假设所有的信道是静态衰落信道,信道状态信息(channel state information, CSI)是已知的.从源节点到中继采用最大比率传输(maximum rate trans-mission, MRT)方案[15],则源节点发射波束成形向量,它的下行链路信道表示为h∈CM×1,从中继到目的节点的上行链路信道表示为g∈CN×1,在中继处的环路信道用f∈CN×1表示,为了简便计算将持续时间块标准化.第i个能量接入点传送能量到中继的信道用ei表示(i=1,2,…,k);θi表示中继从第i个EAP捕获的能量值,忽略EAP到源节点的噪声.由无线信号传输原理,则中继从源节点接收的信号可以表达为


本文编号：3405229