25、能量收集赋能的中继网络技术解析

能量收集赋能的中继网络技术解析

1 引言

近年来，随着对无线连接服务需求的不断增长，无线系统受到了广泛关注。然而，有限的使用寿命往往是无线系统，特别是无线传感器网络（WSNs）或人体传感器网络（BSNs）面临的巨大挑战。为应对这一问题，能量收集（EH）技术应运而生，它能直接从周围环境（如太阳能、地热能、风能等）收集能量，帮助无线系统解决寿命短和频繁更换电池的问题。

1.1 RF - EH 技术与 SWIPT 模型

RF - EH 技术可从 RF 信号中产生能量，是当前热门的研究课题。但功率受限的无线网络，如 WSNs、人体网络（BNs）和无线充电系统，常面临无线电源不足的问题。为解决这一问题，无线能量传输技术引入了同时无线信息和功率传输（SWIPT）模型。SWIPT 允许 RF 信号同时携带能量和信息。

1.2 RF - EH 系统架构

RF - EH 系统主要由信息网关、源和节点三个部分组成：
- 信息网关（如基站 BS）可类比为无线路由器或中继。
- RF 源可以是 RF 发射器或环境 RF 源。
- 节点代表与信息网关通信的用户设备（UE）。

每个网关和源都配备固定电源，而从 RF 源收集的能量可用于为网络节点供电。

1.3 中继网络与协议

为提高能量效率（EE），中继网络（RNs）得到了深入研究。与直接通信相比，它能支持短多跳通信，且能耗较低，有助于实现更好的覆盖范围和网络寿命。此外，还部署了两种新型中继协议：
- 放大转发（AF）协议：中继节点（R）接收源节点（S）的信号，将其放大后转发到目的节点（D）。
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