引言

利用可持續(xù)能源為無線設備供電為實現(xiàn)綠色通信提供了一種新的解決辦法[1-3]。從射頻信號中收集能量為節(jié)點進行充電是一個研究熱點[4-6]。在無線中繼網(wǎng)絡中，中繼協(xié)作有助于提高網(wǎng)絡的覆蓋率以及提高兩個遠距離通信節(jié)點的傳輸可靠性[7-9]。傳統(tǒng)的無線中繼網(wǎng)絡中，中繼節(jié)點通常只配備有固定的能量供給，而且中繼節(jié)點在轉(zhuǎn)發(fā)信息的過程當中不斷消耗能量，所以其生命時間受到挑戰(zhàn)。為了延長無線中繼網(wǎng)絡的生命時間，可以將信能同傳技術應用到能量受限的無線中繼網(wǎng)絡中，把傳統(tǒng)的中繼節(jié)點更換為可以從源節(jié)點射頻信號收集能量的節(jié)點。

中繼節(jié)點在使用所收集能量的過程當中還會有一些實際的限制條件。一方面，能量收集的轉(zhuǎn)換效率也只有10%~30%[10]，轉(zhuǎn)換效率依賴于轉(zhuǎn)換電路的設計。另一方面，一個單獨時隙收集到的能量非常小，收集能量的速度可能會小于能量消耗的速度，遠遠不夠進行信息傳輸，還需要固有電池電量的補充，從而導致某些中繼節(jié)點過早不存活而影響網(wǎng)絡的連通性。因此，本文試圖設計中繼選擇策略來延長無線能量受限中繼網(wǎng)絡的生命時間。

為傳統(tǒng)中繼網(wǎng)絡所設計的中繼選擇策略非常多。以前的中繼選擇協(xié)議傾向于選擇信道條件比較好的中繼節(jié)點作為協(xié)作中繼[11-13]，這種單一考慮信道狀態(tài)的中繼選擇策略可能會選出一個沒有充足能量用于傳輸?shù)闹欣^節(jié)點，從而導致被選中的節(jié)點過早死亡而影響網(wǎng)絡的分集增益，所以這種方法不適用于中繼可進行能量收集的協(xié)作網(wǎng)絡。唐菁敏等[14]研究了無人機中繼輔助的多用戶全雙工無線通信網(wǎng)絡，并提出了最大化最小平均速率的聯(lián)合資源優(yōu)化算法。

分析發(fā)現(xiàn)，上述研究內(nèi)容沒有考慮中繼節(jié)點能量受限時的能量補給問題，本文研究了信能同傳中繼網(wǎng)絡能量意識中繼選擇方法。在信能同傳中繼網(wǎng)絡中，中繼節(jié)點通過初始的電池能量和從源節(jié)點射頻信號中收集的能量進行供電。首先，提出了最小額外能量的優(yōu)化方法。然后，提出了兩種基于能量的中繼選擇策略，分別為最小損失能量策略以及最小損失能量比率策略，以延長中繼網(wǎng)絡的生命時間。

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作者信息：

閆靜1，葉婷1，彭樂欽2，閆瑞瑞3

（1.西安航空職業(yè)技術學院 通航學院，陜西 西安 710000；

2.西安航天動力研究所，陜西 西安 710000；

3.國網(wǎng)山西省電力公司呂梁供電公司，山西 呂梁 033000）