[發(fā)明專利]一種基于恒參信道能量收集的協(xié)作通信系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010050827.9
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111212469B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設計）人: 李恩玉;張勝男;王緒虎
• 申請（專利權）人: 青島理工大學
• 主分類號: H04W52/34
• 分類號: H04W52/34;H04W52/46
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于恒參信道能量收集的協(xié)作通信系統(tǒng)，包括源節(jié)點s、半雙工中繼節(jié)點r、目的節(jié)點d、能量源節(jié)點b以及竊聽節(jié)點e，其特征在于：所述源節(jié)點s和目的節(jié)點d之間無直通鏈路，中繼節(jié)點r接收源節(jié)點s的數(shù)據(jù)，并轉發(fā)給目的節(jié)點d，所述中繼節(jié)點r能量有限，從能量源節(jié)點b收集能量，收集能量結束后接收源節(jié)點s的數(shù)據(jù)，然后利用收集到的全部能量將收集到的信息解碼轉發(fā)給目的節(jié)點d，所述中繼節(jié)點r完成一次數(shù)據(jù)傳輸整體時間為T，其中能量收集時間為αT，信息接收時間為(1-α)T/2，信息發(fā)射傳輸時間為(1-α)T/2，α表示時間分配因子，所述時間分配因子α按如下的步驟確定：

步驟一：確定中繼節(jié)點收集能量：在第1時隙αT內(nèi)，中繼節(jié)點r收集能量源節(jié)點b的輻射能量，中繼節(jié)點在αT時間內(nèi)收集到的能量E_h可以表示為：E_h＝ηP_b|h_br|²αT，其中，η表示能量收集系統(tǒng)的轉換效率，取值范圍為0＜η＜1，實際大小取決于整流過程和能量采集電路；P_b為能量源節(jié)點b的平均發(fā)射功率；h_br為能量源b至中繼節(jié)點r的信道增益，能量收集信道為恒參信道，即|h_br|²＝A為一常數(shù)；

步驟二：確定中繼節(jié)點接收信號模型：第2時隙(1-α)T/2內(nèi)，源節(jié)點s向中繼節(jié)點r發(fā)送信息，中繼節(jié)點r接收信號y_r可表示為：其中，P_s表示源節(jié)點的平均發(fā)射功率，h_sr為源節(jié)點s至中繼節(jié)點r的信道增益，服從均值為0，方差為的瑞利分布，x_s為源節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，且滿足E{|x_s|²}＝1，n_r為中繼節(jié)點接收到的帶限加性高斯白噪聲，n_r～N(0,N₀)，其中N₀表示噪聲功率譜密度或方差；

步驟三：確定目的節(jié)點和竊聽節(jié)點接收信號模型：在第3時隙(1-α)T/2內(nèi)，中繼節(jié)點r利用收集到的能量，采用解碼轉發(fā)協(xié)議(DF)協(xié)議，向目的節(jié)點d轉發(fā)源節(jié)點s的信息，中繼節(jié)點成功解碼后，中繼節(jié)點轉發(fā)數(shù)據(jù)到目的節(jié)點，則目的節(jié)點接收到的信號y_d可表示為：其中，P_r為中繼節(jié)點的平均轉發(fā)功率，h_rd為中繼節(jié)點r至目的節(jié)點d的信道增益，服從均值為0，方差為的瑞利分布，x_s為中繼節(jié)點解碼數(shù)據(jù)，其與源節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)相同，n_d為目的節(jié)點接收到的帶限加性高斯白噪聲，n_d～N(0,N₀)；中繼節(jié)點在αT內(nèi)收集的能量全部用在第3個時隙內(nèi)轉發(fā)數(shù)據(jù)，因此中繼節(jié)點的平均轉發(fā)功率為則目的節(jié)點接收信號可進一步表示為：與目的節(jié)點的分析過程類似，竊聽節(jié)點e的接收信號可以表示為：式中，h_re為中繼節(jié)點r至竊聽節(jié)點e的信道增益，服從均值為0，方差為的瑞利分布，n_e為竊聽節(jié)點接收到的帶限加性高斯白噪聲，n_e～N(0,N₀)；

步驟四：用系統(tǒng)的接收機信噪比SNR小于某信噪比閾值門限時發(fā)生中斷的概率來描述通信系統(tǒng)的可靠性：當源節(jié)點s到中繼節(jié)點r或者中繼節(jié)點r到目的節(jié)點d傳輸不成功時都會發(fā)生中斷，所以中斷概率取決于兩者中最小的一個；能量收集信道服從瑞利分布，中繼節(jié)點r與目的節(jié)點d的接收機性能一致，則源節(jié)點s至目的節(jié)點d的中斷概率為

步驟五：利用Steffensen迭代法計算最佳的時間分配因子α_o，具體算法如下

其中f(x)為步驟四中的P_out。