[發明專利]一種協作磁感應解碼轉發通信方法及系統

在審

• 申請號: 202211596816.6
• 申請日: 2022-12-12
• 公開（公告）號: CN116015363A
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 劉光華;張一昕;肖麗霞;江濤
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H04B5/00
• 分類號: H04B5/00;H04B17/309;H04B5/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 夏倩

1.一種協作磁感應解碼轉發通信方法，其特征在于，應用于CMI-DF通信系統；所述CMI-DF通信系統包括：源線圈、中繼線圈和目標線圈；

所述協作磁感應解碼轉發通信方法，包括：

源線圈向中繼線圈和目標線圈廣播信號，中繼線圈接收到源線圈發射過來的信號后，采用解碼轉發協議將其轉發給目標線圈，目標線圈接收源線圈發射過來的信號和中繼線圈轉發過來的信號；

其中，源線圈的發射功率、中繼線圈的發射功率以及中繼線圈與源線圈之間的距離通過以下方式確定：

基于源線圈和目標線圈的接收電壓進行信道估計，從而推導得到源線圈到中繼線圈、中繼線圈到目標線圈、源線圈到目標線圈的信道狀態信息表達式；

基于中繼線圈到目標線圈、源線圈到目標線圈的信道狀態信息表達式，根據最大比合并準則，得到目標線圈的合并接收電壓，進而得到目標線圈總接收信號的信噪比表達式；

基于源線圈到中繼線圈、中繼線圈到目標線圈、源線圈到目標線圈的信道狀態信息表達式，分別得到中繼線圈和目標線圈所接收的源線圈發射信號的信噪比表達式，并進一步表征為與磁感應信道角度失配系數相關的表達式后，基于動態環境中當源線圈、中繼線圈和目標線圈均指向服從3D空間中的均勻分布時失配系數的概率密度函數，得到源線圈-中繼線圈、中繼線圈-目標線圈、源線圈-目標線圈的接收信噪比的概率密度函數表達式；

基于目標線圈總接收信號的信噪比表達式、以及中繼線圈-目標線圈、源線圈-目標線圈的接收信噪比的概率密度函數表達式，得到目標線圈接收信噪比的概率密度函數表達式；

根據源線圈-中繼線圈的接收信噪比的概率密度函數表達式以及目標線圈接收信噪比的概率密度函數表達式，推導得到CMI-DF通信系統的平均誤碼率上界；

通過最小化CMI-DF通信系統的平均誤碼率上界，得到源線圈發射功率、中繼線圈的發射功率以及中繼線圈與源線圈之間的距離。

2.根據權利要求1所述的協作磁感應解碼轉發通信方法，其特征在于，所述CMI-DF通信系統的平均誤碼率上界的獲取方法，包括以下步驟：

基于源線圈-中繼線圈的接收信噪比的概率密度函數表達式以及目標線圈接收信噪比的概率密度函數表達式，推導情況A發生的概率，進而得到所述情況A下目標線圈的解碼誤碼率；

基于源線圈-中繼線圈的接收信噪比的概率密度函數表達式以及目標線圈接收信噪比的概率密度函數表達式，推導情況B發生的概率，進而得到所述情況B下目標線圈的解碼誤碼率上界；

根據所述情況A下目標線圈的解碼誤碼率以及所述情況B下目標線圈的解碼誤碼率上界，得到所述CMI-DF通信系統的平均誤碼率上界；

其中，所述情況A表示中繼線圈解碼正確的情況；所述情況B表示中繼線圈解碼錯誤的情況。

3.根據權利要求2所述的協作磁感應解碼轉發通信方法，其特征在于，所述CMI-DF通信系統的平均誤碼率上界為：

其中，為功率分配系數，P_s為源線圈的發射功率，P_total為系統總功率；為中繼部署系數，r_sr為中繼線圈與源線圈之間的距離，r_sd為源線圈與目標線圈之間的距離；erfc(·)表示互補誤差函數；P_r為中繼線圈的發射功率；γ_MRC為目標線圈的總接收信號的信噪比表達式；N₀為噪聲功率；f為系統發射信號頻率；μ為介質磁導率；a_s、a_r和a_d分別為源線圈、中繼線圈、目標線圈的半徑；N_s、N_r和N_d分別為源線圈、中繼線圈、目標線圈的匝數；Z_g,s、Z_g,r和Z_g,d分別為源線圈、中繼線圈和目標線圈的本征阻抗；R_L,s、R_L,r和R_L,d分別為源線圈、中繼線圈和目標線圈的負載電阻。