[發明專利]基于TS策略的SWIPT雙向傳輸中繼系統中限制延時傳輸方法

在審

• 申請號: 202010882194.8
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN111988803A
• 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TS策略的SWIPT雙向傳輸中繼系統中限制延時傳輸方法，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，并且采用時間分割(TS)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；

SWIPT雙向傳輸中繼系統采用限制延時中繼(LDR)策略，LDR策略是指在接收端節點和發送端節點必須保證嚴格的時間同步，也就是接收速率要一直與發送速率相等，如果單條信道的信道增益不能滿足通信條件，那么整個通信系統的通信都中斷；

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；(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

α表示在時間塊T內中繼節點收集能量時間系數，α∈[0，1]，即中繼節點需要花費αT的時間為轉發信息獲取所需的能量，當收集的能量足夠將收到的信息轉發出去之后，中繼節點就利用(1-α)T/2時間進行接收兩個源節點發來的信息，然后再利用(1-α)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；

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的中斷概率記為p_{out 1}，鏈路L₂的中斷概率記為p_{out 2}；

定義信噪比閾值γ₀為滿足通信條件而不發生中斷的最小信噪比；在信道的信噪比等于γ₀條件下的信息傳輸速率，記為R₀；由香農定理得到當通信系統的信噪比大于信噪比閾值γ₀時，兩個源節點的發送信息速率和中繼節點轉發信息速率都為R₀＝log₂(1+γ₀)，在這種情況下，整個時間塊T中可以有更多的時間被用來傳輸信息，從而可以使整個通信系統的通信效率更高；

基于TS的LDR策略下的實際最大吞吐量τ的表達式為

τ＝(1-p_{out 1}-p_{out 2}+p_{out 1}·p_{out 2})(1-α)log₂(1+γ₀)

式中，

式中，

以實際最大吞吐量的最優為目標建立優化問題P：

s.t. 0≤α≤1

在λ_h、λ_g、γ₀、η、P₁、P₂、和等參數給定的情況下，采用最優化算法，得到最優的收集能量時間系數和最優的實際最大吞吐量。