[發明專利]基于PS策略的SWIPT雙向傳輸中繼系統中允許延時傳輸方法

在審

• 申請號: 202010882193.3
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN111988802A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 李建雄;張宏宇
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W40/10;H04W40/22;H04W56/00
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1.基于PS策略的SWIPT雙向傳輸中繼系統中允許延時傳輸方法，其特征在于，包括：

信能同傳(SWIPT)雙向傳輸中繼系統包括兩個有源的源節點U₁、U₂和一個無源的中繼節點中繼節點具有射頻能量收集能力，并且采用功率分割(PS)策略；兩個源節點之間不能直接進行通信，信號必須經過中間的中繼節點才能到達另一個源節點；源節點U₁與中繼節點之間的信道增益為h，源節點U₂與中繼節點之間的信道增益為g；源節點U₁的發射功率為P₁，源節點U₂的發射功率為P₂；中繼節點收集能量的功率分割系數為ρ，ρ∈[0，1]，即無源的中繼節點以的比例將接收的電磁波信號分別用于獲取所需能量和接收信息；

SWIPT雙向傳輸中繼系統采用允許延時中繼(TDR)策略，TDR策略是指不要求接收端節點與發送端節點進行嚴格的時間同步，即發送速率和接收速率不要求相等；對于中繼節點兩側分別鏈接兩個源節點的兩個信道，在TDR策略下只需要考慮一側的信道條件，只要單側的信道增益達到通信要求，就可以進行單側的信息傳輸，不需要考慮另一側的信道條件；因此，可以通過傳輸速率等于遍歷容量的速率來實現遍歷容量，按照各自的信道增益計算出接收端的遍歷容量，從而確定實際最大吞吐量；

SWIPT雙向傳輸中繼系統滿足以下條件：(1)整個通信信道為準靜態瑞利衰減信道：源節點U₁與中繼節點之間的信道增益概率密度函數為源節點U₂與中繼節點之間的信道增益概率密度函數為其中，λ_h和λ_g分別為兩個信道增益的指數隨機變量的均值；相應地，兩條信道增益的概率分布函數分別為和(2)中繼節點選擇放大-轉發(AF)策略；(3)忽略中繼節點對信號處理所消耗的功率，當傳輸距離足夠大、且將收集的能量作為消耗的主要來源時，這種忽略是合理的；(4)中繼節點中設置一個無限容量的能源儲存裝置；(5)兩個源節點分別與中繼節點之間的信道增益的大小關系是已知的(例如，通過兩個源節點同時向中繼發送一個檢測信號)，因此中繼節點可以判斷出從哪一個源節點獲取能量可以使能量收集效率以及通信效率更高；為了表述本專利，中繼節點從源節點U₁收集能量；

在中繼節點內部結構中，n_A表示在接收信號時天線所產生的噪聲，n_A是圓對稱復高斯隨機變量，即表示n_A(t)服從復高斯分布，均值為0，方差為n_B表示信息處理時引入的噪聲，且有定義能量收集效率因子記為η；

n_d表示來自源節點的天線以及轉換模塊產生的噪聲，且有

在一段完整的時間塊T，中繼節點利用T/2時間收集能量和接收兩個源節點發來的信息，然后再利用T/2時間將接收的信息分別轉發到另一端的源節點，從而完成通信；因此，基于PS的TDR策略的通信過程可以分為三個部分：中繼節點獲取能量部分；中繼節點接收信息部分(信息上行部分)；中繼節點轉發信息部分(信息下行部分)；

源節點U₁向中繼節點傳輸信息，再由中繼節點轉發到源節點U₂的通信過程稱為鏈路L₁；同理，源節點U₂向中繼節點傳輸信息，再由中繼節點轉發到源節點U₁的通信過程稱為鏈路L₂；

鏈路L₁的接收端的遍歷容量C₁為

式中，是鏈路L₁的信噪比概率密度函數，其表達式為

式中，

鏈路L₂的接收端的遍歷容量C₂為

式中，是鏈路L₂的信噪比概率密度函數，其表達式為

式中，

實際最大吞吐量的表達式為

以實際最大吞吐量的最優為目標建立優化問題P：

s.t. 0≤ρ≤1

在λ_h、λ_g、η、P₁、P₂、和等參數給定的情況下，采用最優化算法，得到最優的功率分割系數和最優的實際最大吞吐量。