[發明專利]無線能量傳輸驅動的兩跳多中繼網絡性能分析方法及系統

有效

• 申請號: 202010793651.6
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111988797B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 張煜;熊軻;吳鵬;單葆國;譚顯東;王成潔;唐偉;劉小聰;賈躍龍;譚清坤;馬捷;霍沫霖;冀星沛;李江濤;張成龍;吳姍姍;徐朝;段金輝;張春成
• 申請（專利權）人: 國網能源研究院有限公司
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W24/06;H04W16/22;H04B17/391;H04L43/0888
• 代理公司: 北京八月瓜知識產權代理有限公司 11543
• 代理人: 李斌

1.一種無線能量傳輸驅動的兩跳多中繼網絡性能分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

獲取兩跳多中繼網絡相關計算所需數據；包括源節點天線數量及其天線發射功率、中繼節點數量、源節點發射總功率、源節點至各中繼節點的距離、各中繼節點到目的節點的距離、網絡配置參數；

計算系統網絡中選定中繼節點接收源節點能量傳輸信號及信息傳輸信號，及目的節點接收選定中繼節點的信息傳輸信號；

計算確定網絡的端到端中斷概率及吞吐量；

根據計算的吞吐量對萊斯衰落信道條件下的網絡性能進行評估，根據評估結果對網絡進行優化；其中，

網絡由無線通信連接的一個源節點S，N_R個能量受限的中繼節點R_i(1≤i≤N_R)和一個目的節點D組成；源節點S配備多根天線，各中繼節點R_i和目的節點D均為單天線設備；

所述計算系統網絡中選定中繼節點接收源節點能量傳輸信號及信息傳輸信號，及目的節點接收選定中繼節點的信息傳輸信號具體包括以下步驟：

1.1在第一階段中ρT內，選定中繼節點R_i從源節點S處收集到的能量E_i為：

式中，η(0η1)為中繼節點能量轉換效率；N_s為源節點S的天線數量；P_sum為源節點S的發射總功率；發射總功率平均分配，P_s＝P_sum/N_s為源節點S每根天線的發射功率；為源節點S到選定中繼節點R_i鏈路的信道系數；為源節點S到選定中繼節點R_i的距離；m為路徑損耗指數；

1.2在第二階段的(1-ρ)T/2內，選定中繼節點R_i從源節點S處接收到的信息傳輸信號值為：

式中，x_s為源節點S每根天線的發射信號，滿足E[|x_s|²]＝P_S；表示選定中繼節點R_i處均值為0，方差為N₀的加性高斯白噪聲；

1.3在第三階段的(1-ρ)T/2內，選定中繼節點R_i利用從源節點S收獲的能量，將從源節點S收到的信息傳輸信號放大轉發給目的節點D，則目的節點D處接收到的信息傳輸信號值為：

式中，為選定中繼節點R_i到目的節點D鏈路的信道系數；n_D為目的節點D處均值為0，方差為N₀的加性高斯白噪聲；

為選定中繼節點R_i到目的節點D的距離；

表示目的節點D處的噪聲；

表示目的節點D處的有效信號；

為選定中繼節點R_i發射的信息傳輸信號，表示為：

為放大系數，可計算選定中繼節點R_i的放大系數為：其中

所述網絡的端到端中斷概率包括網絡鏈路中斷的概率、選定中繼節點R_i能量受限的概率、選定中繼節點R_i能量夠用的概率之和；

①網絡鏈路中斷的概率計算如下：

網絡端到端信噪比為：

由于實際中，噪聲功率N₀與選定中繼節點R_i的發射功率滿足因此可忽略(4)式分母式中部分括號中的N₀，則公式(4)網絡端到端信噪比可近似表示為：

令γ₀＝P_S/N₀為源節點S每根天線發射功率與噪聲功率的比值，則公式(5)可重新表示為：

則，網絡鏈路中斷的概率計算如下式：

式中，系統網絡最低所需的傳輸速率為R₀，根據香農公式可得網絡端到端信噪比闕值W表示網絡帶寬；

F_Y(x)為的累積分布函數，具體為：

式中，為源節點S到選定中繼節點R_i鏈路的信道萊斯因子；

為源節點S到選定中繼節點R_i信道增益隨機變量的均值；

C₁理論取值為無窮大；

f_X(x)為的概率密度函數，具體如下式：

式中，為選定中繼節點R_i到目的節點D鏈路的信道萊斯因子，為選定中繼節點R_i到目的節點D的信道增益隨機變量的均值，C₂理論取值為無窮大；

②選定中繼節點R_i能量受限的概率：

當選定中繼節點R_i從源節點S處收集到的能量E_i小于電路門限值時，選定中繼節點R_i無法工作，此時網絡發生中斷；因此選定中繼節點R_i能量受限的概率計算如下式：

式中，E_Q表示的是中繼電路的啟動能量門限值；

③選定中繼節點R_i能量夠用的概率：

當選定中繼節點R_i從源節點S處收集到的能量E_i大于中繼電路的啟動能量門限值時，選定中繼節點R_i正常工作，則選定中繼節點R_i能量夠用的概率計算具體如下式：

因此，網絡的端到端中斷概率為：

P_out＝P_lack+P_enough*P_linkout,

代入(7)(8)(9)式化簡后的網絡中斷概率計算公式如下：

式中，K_v(·)為第二類v階修正貝塞爾函數，