基于多中繼的swipt中繼網(wǎng)絡(luò)中arq協(xié)議的實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及移動通信技術(shù)領(lǐng)域中的中繼協(xié)作傳輸協(xié)議，特別涉及一種基于多中繼 的SWIPT(信能同傳）中繼網(wǎng)絡(luò)中ARQ協(xié)議的實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 中繼協(xié)作通信是利用分布式單天線終端間的可用空間分集（spatialdiversity) 的一種有效策略。由于無線中繼網(wǎng)絡(luò)中中繼節(jié)點的自然分布特性，在資源受限或大規(guī)模的 中繼網(wǎng)絡(luò)中可以明顯提高無線通信系統(tǒng)的性能。但當(dāng)源節(jié)點發(fā)送給目的節(jié)點的數(shù)據(jù)成功解 碼時，此時如果再中繼就顯得多余了，考慮到中繼階段要占用信道的一部分帶寬，增強型中 繼又或者稱為協(xié)作ARQ協(xié)議被提了出來，希望取得較好的頻譜效率。
[0003] 在能量約束的無線中繼網(wǎng)絡(luò)，例如無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點通常配有固定的能量 供給裝置，例如，電池。如此，在充電或者更換電池不方便的場景中，中繼網(wǎng)絡(luò)的生命時間就 會受到限制。從自然環(huán)境，如太陽能、風(fēng)能等收集能量給中繼網(wǎng)絡(luò)提供了新的能源供應(yīng)方 式。除了這些常用的能源，從射頻信號中收集能量吸引了越來越多的注意，因為收集的能量 多少易于控制。基于信能同傳通信的概念，信息和能量的同時傳輸被提出。接著，兩種實 用的接收機(jī)結(jié)構(gòu)被設(shè)計了出來，分別叫做時間切換（TS)結(jié)構(gòu)和功率分配（PS)結(jié)構(gòu)。信能 同傳通信自然而然的被應(yīng)用到了中繼網(wǎng)絡(luò)，在中繼網(wǎng)絡(luò)中中繼節(jié)點從源節(jié)點的射頻信號中 收集能量并使用收集到的能量將源節(jié)點的信息轉(zhuǎn)發(fā)給目的節(jié)點。那么，選擇一個或多個合 適的中繼節(jié)點對于提高系統(tǒng)的性能是非常重要的。然而對于能量受限的中繼網(wǎng)絡(luò)，大部分 的研宄都集中在中繼節(jié)點收集能量的情況，到目前為止，還沒有專門為帶反饋信息的SWIPT 無線中繼網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的中繼選擇協(xié)議。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供了基于多中繼的SWIPT中繼 網(wǎng)絡(luò)中ARQ協(xié)議的實現(xiàn)方法，與傳統(tǒng)傳輸方式相比，該方法可以有效的提高系統(tǒng)的性能。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過如下的技術(shù)方案予以實現(xiàn)：
[0006] 基于多中繼的SWIPT中繼網(wǎng)絡(luò)中ARQ協(xié)議的實現(xiàn)方法，包括以下步驟：
[0007] 1)在發(fā)送端，源節(jié)點首先向網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點及目的節(jié)點廣播所要發(fā)送的數(shù)據(jù) 包，并等待來自目的節(jié)點的反饋信息，反饋信息為確認(rèn)信息ACK或非確認(rèn)信息NACK;
[0008] 2)在接收端，目的節(jié)點根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行信息檢測如果信息檢測正確， 則向源節(jié)點和中繼節(jié)點廣播確認(rèn)信息ACK，若否，則向源節(jié)點和中繼節(jié)點廣播非確認(rèn)信息 NACK；
[0009] 3)在由M個能夠進(jìn)行能量收集的中繼組成的無線中繼網(wǎng)絡(luò)中，中繼采用解碼-轉(zhuǎn) 發(fā)方式，若中繼接收到來自目節(jié)點廣播的確認(rèn)信息ACK，則進(jìn)行初始化，即擦除接收到的一 切信息和收集到的能量（能量恢復(fù)到初始值零）；否則在正確解碼的中繼中選取多個中繼 進(jìn)行重新傳輸數(shù)據(jù)包的操作；其中，M>1 ;
[0010] 若源節(jié)點和中繼節(jié)點接收到的信息是NACK，則進(jìn)行如下步驟：
[0011] 31)各個中繼節(jié)點采用的是基于功率分流架構(gòu)的能量收集模式，每個中繼節(jié)點都 采用相同的功率分流比值，在由M個中繼節(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)中，中繼節(jié)點根據(jù)事先已經(jīng)確定 的功率分流比率p接收到的信息進(jìn)行解碼，其中，〇 <p< 1 ;
[0012] 32)待全部中繼經(jīng)過解碼后，中繼網(wǎng)絡(luò)分為兩部分，一部分是由不能正確解碼的中 繼組成，另一部分是由可正確解碼的中繼組成的集合；
[0013] 33)在能夠正確解碼的中繼組成的集合中，中繼將接收的能量作為本次發(fā)送信息 所需的能量，在正確解碼的中繼組合中，所有中繼節(jié)點都參與到重新傳輸過程，中繼將依次 向目的節(jié)點發(fā)送正確解碼的數(shù)據(jù)包，每次傳輸將占用一個時隙，在此規(guī)定重新傳輸次數(shù)為 1，即選取的中繼組合中每個中繼只能重新傳輸一次，此后若目的節(jié)點仍無法正確接收，則 丟棄此時的數(shù)據(jù)包，源節(jié)點則開始下一個新的數(shù)據(jù)包的傳輸，目的節(jié)點則進(jìn)行等增益方式 合并或最大比方式合并。
[0014] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟2)中，在接收端，目的節(jié)點根據(jù)信息檢測正確與 否，若信息檢測正確，目的節(jié)點則向源節(jié)點和中繼節(jié)點廣播確認(rèn)信息ACK，此時源節(jié)點將傳 輸下一個新的數(shù)據(jù)包；否則，則向源節(jié)點和中繼節(jié)點廣播非確認(rèn)信息NACK，進(jìn)入由中繼參 與的重新傳輸階段。
[0015] 本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，步驟3)中，若該中繼網(wǎng)絡(luò)沒有可正確解碼的中繼，則 沒有由中繼參與的重新傳輸過程。
[0016] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下技術(shù)效果：
[0017] 本發(fā)明基于多中繼的SWIPT中繼網(wǎng)絡(luò)中ARQ協(xié)議的實現(xiàn)方法，該方法采用的是帶 有反饋信息的通信系統(tǒng)，也即根據(jù)目的節(jié)點的反饋信息才判斷是否中繼參與到此次的信息 傳輸中，與傳統(tǒng)的中繼網(wǎng)絡(luò)中采用等增益方式合并或最大比方式合并而言，可提高頻譜效 率；另外，本系統(tǒng)下，能量有限的中繼網(wǎng)絡(luò)收集能量并用收集到的能量進(jìn)行傳輸，中繼是自 給自足式的，因此也就不需要更換電池，特別是對于處于惡劣環(huán)境（有毒、峽谷等）中。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明基于多中繼的SWIPT中繼網(wǎng)絡(luò)中ARQ協(xié)議的實現(xiàn)方法的流程圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明中ARQ傳輸系統(tǒng)的模型框圖；
[0020] 圖3為本發(fā)明中信能同傳中繼的PS架構(gòu)圖；
[0021] 圖4為本發(fā)明中仿真性能圖。
【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0023] 假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中包括一個源節(jié)點S，一個目的節(jié)點D，和M個中繼節(jié)點R，hk為第k個中 繼節(jié)點的前向鏈路的信道狀態(tài)信息，gk為第k個中繼節(jié)點的前向鏈路的信道狀態(tài)信息。
[0024] 參見圖1至圖3,本發(fā)明基于多中繼的SWIPT中繼網(wǎng)絡(luò)中ARQ協(xié)議的實現(xiàn)方法，包 括以下步驟：
[0025] 1)在發(fā)送端，源節(jié)點首先向網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點及目的節(jié)點廣播所要發(fā)送的數(shù)據(jù) 包，并等待來自目的節(jié)點的反饋信息，反饋信息為確認(rèn)信息ACK或非確認(rèn)信息NACK;
[0026] 2)在接收端，目的節(jié)點根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行信息檢測如果信息檢測正確， 則向源節(jié)點和中繼節(jié)點廣播確認(rèn)信息ACK，若否，則向源節(jié)點和中繼節(jié)點廣播非確認(rèn)信息 NACK；
[0027] 3)在由M個能夠進(jìn)行能量收集的中繼組成的無線中繼網(wǎng)絡(luò)中，中繼采用解碼-轉(zhuǎn) 發(fā)方式，若中繼接收到來自目節(jié)點廣播的確認(rèn)信息ACK，則進(jìn)行初始化，即擦除接收到的一 切信息和收集到的能量，能量恢復(fù)到初始值零；否則在正確解碼的中繼中選取一個或者多 個中繼進(jìn)行重新傳輸數(shù)據(jù)包的操作；其中，M>1。
[0028] 其中，上述步驟2)中，在接收端，目的節(jié)點根據(jù)信息檢測正確與否，若信息檢測正 確，目的節(jié)點則向源節(jié)點和中繼節(jié)點廣播確認(rèn)信息ACK，此時源節(jié)點將傳輸下一個新的數(shù)據(jù) 包；否則，則向源節(jié)點和中繼節(jié)點廣播非確認(rèn)信息NACK，進(jìn)入由中繼參與的重新傳輸階段。
[0029] 其中，上述步驟3)中，若源節(jié)點和中繼節(jié)點接收到的信息是非確認(rèn)信息NACK，則 ARQ協(xié)議被激活。此協(xié)議的具體實施方案如下：
[0030] 采用基于多中繼的ARQ協(xié)議，所述協(xié)作節(jié)點的確定具體包括以下步驟：
[0031] 31)各個中繼節(jié)點采用的是基于功率分流架構(gòu)的能量收集模式，每個中繼節(jié)點都 采用相同的功率分流比值，在由M個中繼節(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)中，中繼節(jié)點根據(jù)事先已經(jīng)確定 的功率分流比率p接收到的信息進(jìn)行解碼，其中，〇 <p< 1 ;源節(jié)點以固定功率Ps發(fā)送 信息，發(fā)送的信號為s，那么第k個中繼節(jié)點接收到的信號與接收能量分別為：
[0032]
【主權(quán)項】
1. 基于多中繼的SWIPT中繼網(wǎng)絡(luò)中ARQ協(xié)議的實現(xiàn)方法，其特征在于，包括W下步驟： 1) 在發(fā)送端，源節(jié)點首先向網(wǎng)絡(luò)中的中繼節(jié)點及目的節(jié)點廣播所要發(fā)送的數(shù)據(jù)包，并 等待來自目的節(jié)點的反饋信息，反饋信息為確認(rèn)信息ACK或非確認(rèn)信息NACK ; 2) 在接收端，目的節(jié)點根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行信息檢測如果信息檢測正確，則向源 節(jié)點和中繼節(jié)點廣播確認(rèn)信息ACK，若否，則向源節(jié)點和中繼節(jié)點廣播非確認(rèn)信息NACK ; 3) 在由M個能夠進(jìn)行能量收集的中繼組成的無線中繼網(wǎng)絡(luò)中，中繼采用解碼-轉(zhuǎn)發(fā)方 式，若中繼接收到來自目節(jié)點廣播的確認(rèn)信息ACK，則進(jìn)行初始化，即擦除接收到的一切信 息和收集到的能量（能量恢復(fù)到初始值零）；否則在正確解碼的中繼中選取多個中繼進(jìn)行 重新傳輸數(shù)據(jù)包的操作；其中，M〉1 ; 若源節(jié)點和中繼節(jié)點接收到的信息是NACK,則進(jìn)行如下步驟： 31) 各個中繼節(jié)點采用的是基于功率分流架構(gòu)的能量收集模式，每個中繼節(jié)點都采用 相同的功率分流比值，在由M個中繼節(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)中，中繼節(jié)點根據(jù)事先已經(jīng)確定的功 率分流比率P接收到的信息進(jìn)行解碼，其中，0《P《1 ; 32) 待全部中繼經(jīng)過解碼后，中繼網(wǎng)絡(luò)分為兩部分，一部分是由不能正確解碼的中繼組 成，另一部分是由可正確解碼的中繼組成的集合； 33) 在能夠正確解碼的中繼組成的集合中，中繼將接收的能量作為本次發(fā)送信息所需 的能量，在正確解碼的中繼組合中，所有中繼節(jié)點都參與到重新傳輸過程，中繼將依次向目 的節(jié)點發(fā)送正確解碼的數(shù)據(jù)包，每次傳輸將占用一個時隙，在此規(guī)定重新傳輸次數(shù)為1，即 選取的各個中繼只能重新傳輸一次，此后若目的節(jié)點仍無法正確接收，則丟棄此時的數(shù)據(jù) 包，源節(jié)點則開始下一個新的數(shù)據(jù)包的傳輸，目的節(jié)點則進(jìn)行等增益方式合并或最大比方 式合并。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多中繼的SWIPT中繼網(wǎng)絡(luò)中ARQ協(xié)議的實現(xiàn)方法，其特 征在于，步驟2)中，在接收端，目的節(jié)點根據(jù)信息檢測正確與否，若信息檢測正確，目的節(jié) 點則向源節(jié)點和中繼節(jié)點廣播確認(rèn)信息ACK，此時源節(jié)點將傳輸下一個新的數(shù)據(jù)包；否則， 則向源節(jié)點和中繼節(jié)點廣播非確認(rèn)信息NACK，進(jìn)入由中繼參與的重新傳輸階段。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多中繼的SWIPT中繼網(wǎng)絡(luò)中ARQ協(xié)議的實現(xiàn)方法，其特 征在于，步驟3)中，若該中繼網(wǎng)絡(luò)沒有可正確解碼的中繼，則沒有由中繼參與的重新傳輸 過程。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于多中繼的SWIPT中繼網(wǎng)絡(luò)中ARQ協(xié)議的實現(xiàn)方法，該協(xié)議包括：在發(fā)送端，源節(jié)點向目的節(jié)點廣播發(fā)送數(shù)據(jù)包，等待來自目的節(jié)點的反饋信息。在接收端，目的節(jié)點根據(jù)接收到的信息進(jìn)行檢測，如果正確接收該信息，目的節(jié)點則會廣播確認(rèn)信號ACK，源節(jié)點接收到該信號以后則繼續(xù)傳輸下一個新的數(shù)據(jù)包，否則目的節(jié)點則會廣播非確認(rèn)信號NACK。此時，正確解碼的中繼根據(jù)本發(fā)明所述的兩種合并方案進(jìn)行數(shù)據(jù)包的重新傳輸。
【IPC分類】H04L1-18, H04B7-15
【公開號】CN104539403
【申請?zhí)枴緾N201410798696
【發(fā)明人】張超, 陳亞偉
【申請人】西安交通大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月18日