[发明专利]基于PS策略的SWIPT双向传输中继系统中限制延时传输方法

权利要求书

1.基于PS策略的SWIPT双向传输中继系统中限制延时传输方法，其特征在于，包括：

信能同传(SWIPT)双向传输中继系统包括两个有源的源节点U₁、U₂和一个无源的中继节点中继节点具有射频能量收集能力，并且采用功率分割(PS)策略；两个源节点之间不能直接进行通信，信号必须经过中间的中继节点才能到达另一个源节点；源节点U₁与中继节点之间的信道增益为h，源节点U₂与中继节点之间的信道增益为g；源节点U₁的发射功率为P₁，源节点U₂的发射功率为P₂；中继节点收集能量的功率分割系数为ρ，ρ∈[0，1]，即无源的中继节点以的比例将接收的电磁波信号分别用于获取所需能量和接收信息；

SWIPT双向传输中继系统采用限制延时中继(LDR)策略，LDR策略是指在接收端节点和发送端节点必须保证严格的时间同步，也就是接收速率要一直与发送速率相等，如果单条信道的信道增益不能满足通信条件，那么整个通信系统的通信都中断；

SWIPT双向传输中继系统满足以下条件：(1)整个通信信道为准静态瑞利衰减信道；源节点U₁与中继节点之间的信道增益概率密度函数为源节点U₂与中继节点之间的信道增益概率密度函数为其中，λ_h和λ_g分别为两个信道增益的指数随机变量的均值；(2)中继节点选择放大-转发(AF)策略；(3)忽略中继节点对信号处理所消耗的功率，当传输距离足够大、且将收集的能量作为消耗的主要来源时，这种忽略是合理的；(4)中继节点中设置一个无限容量的能源储存装置；(5)两个源节点分别与中继节点之间的信道增益的大小关系是已知的(例如，通过两个源节点同时向中继发送一个检测信号)，因此中继节点可以判断出从哪一个源节点获取能量，可以使能量收集效率以及通信效率更高；为了表述本专利，中继节点从源节点U₁收集能量；

在中继节点内部结构中，n_A表示在接收信号时天线所产生的噪声，n_A是圆对称复高斯随机变量，即表示n_A(t)服从复高斯分布，均值为0，方差为n_B表示信息处理时引入的噪声，且有定义能量收集效率因子记为η；

n_d表示来自源节点的天线以及转换模块产生的噪声，且有

在一段完整的时间块T，中继节点利用T/2时间收集能量和接收两个源节点发来的信息，然后再利用T/2时间将接收的信息分别转发到另一端的源节点，从而完成通信；因此，基于PS的LDR策略的通信过程可以分为三个部分：中继节点获取能量部分；中继节点接收信息部分(信息上行部分)；中继节点转发信息部分(信息下行部分)；

源节点U₁向中继节点传输信息，再由中继节点转发到源节点U₂的通信过程称为链路L₁；同理，源节点U₂向中继节点传输信息，再由中继节点转发到源节点U₁的通信过程称为链路L₂；链路L₁的中断概率记为p_out1，链路L₂的中断概率记为p_out2；

定义信噪比阈值γ₀为满足通信条件而不发生中断的最小信噪比；在信道的信噪比等于γ₀条件下的信息传输速率，记为R₀；由香农定理得到当通信系统的信噪比大于信噪比阈值γ₀时，两个源节点的发送信息速率和中继节点转发信息速率都为R₀＝log₂(1+γ₀)，在这种情况下，就可以减小中断概率，从而增加实际最大吞吐量；

基于PS的LDR策略下的实际最大吞吐量τ的表达式为

τ＝(1-p_out1-p_out2+p_out1·p_out2)log₂(1+γ₀)

式中，

式中，

以实际最大吞吐量的最优为目标建立优化问题P：

s.t.0≤ρ≤1

在λ_h、λ_g、γ₀、η、P₁、P₂、和给定的情况下，采用最优化算法，得到最优的功率分割系数和最优的实际最大吞吐量。