[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

本發明公開了一種協作磁感應解碼轉發通信方法及系統，屬于無線磁感應通信技術領域，應用于CMI?DF通信系統；其中，CMI?DF通信系統包括：源線圈、中繼線圈和目標線圈；本發明通過利用有源中繼的接收轉發提供的協作分集效果來對抗磁感應信道的角度選擇性衰落；在此基礎上，根據基爾霍夫定律建立CMI?DF通信系統的等效電路模型，以對CMI?DF通信系統進行等效信道分析subgt;，/subgt;并根據磁感應信道狀態信息，得到CMI?DF通信系統平均誤碼率上界，進而通過最小化系統的平均誤碼率上界來確定CMI?DF通信系統中繼部署和功率分配的最優方案，能夠充分挖掘協作中繼提供的空間分集，抑制磁感應信道的角度選擇性衰落，有效地提高了通信系統的可靠性。

技術領域

本發明屬于無線磁感應通信技術領域，更具體地，涉及一種協作磁感應解碼轉發通信方法及系統。

背景技術

隨著人類生存空間的擴張與工業發展，為使能精細農業、地震預測、海洋檢測和健康監測等應用，地下、水下、人體組織等極限環境下的無線通信需求日益提升。然而，傳統的電磁波技術在這些場景下面臨高路徑損耗、低穿透效率、嚴重的多徑衰落等問題。因此，基于磁感應(magnetic?induction,MI)的無線通信技術由于在有損介質中存在低路徑損耗、高穿透效率、信道響應穩定等優勢，便于在極限場景下實現高效率、高可靠性的無線數據傳輸。

現有的協作磁感應解碼轉發通信方法在對磁感應信道進行建模時，往往假設線圈之間的相對角度均不發生變化，但是在實際的動態環境下，磁感應信道收發線圈之間的相對角度容易受到環境的影響，而角度選擇性的發生容易導致時變的路徑損耗甚至通信中斷，通信可靠性較低。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種協作磁感應解碼轉發通信方法及系統，用以解決現有技術由于存在角度選擇性衰落所導致的通信可靠性較低的技術問題。

為了實現上述目的，第一方面，本發明提供了一種協作磁感應解碼轉發通信方法，應用于CMI-DF通信系統；其中，CMI-DF通信系統包括：源線圈、中繼線圈和目標線圈；

上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。