[发明专利]能量收集协作通信中基于公平性的数据与能量同传方法

说明书

本发明公开了一种基于公平性原则的数据与能量同传方法，通过确定合理的功率比例因子进行公平的中继选择，可以达到优化能量利用和延长网络生命周期的目的；根据不同的公平性定义，给出了相应的确定功率比例因子的方法，以适应不同的应用要求。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种能量收集协作通信中基于公平性的数据与能量同传方法。

背景技术

从可再生能源如太阳能、风能、热能和射频能中获得能量的能量收集(energyharvesting,EH)技术可以驱动通信设备和网络，EH协作通信系统利用收集的能量驱动协作通信系统，在收集能量的使用上，基于数据与能量同时传输的SWIPT是目前主要的传输技术。然而，当EH中继节点采用功率分割(power splitting,PS)协议时，由于中继节点收集能量的情况存在差异，中继节点选择的不公平性会导致网络生命周期变短，因此如何针对不同的中继节点确定功率分割比例成为能量收集协作通信网络需要解决的一个问题。

发明内容

本发明提供了一种基于公平性原则的数据与能量同传方法，通过确定合理的功率比例因子进行公平的中继选择，可以达到优化能量利用和延长网络生命周期的目的；根据不同的公平性定义，给出了相应的确定功率比例因子的方法，以适应不同的应用要求。

本发明包括源节点S、目的节点D和M个具有EH能力的中继节点的协作通信网络，中继节点采用功率分割协议。中继节点R_i表示第i个中继节点，i＝1,2…，M；中继节点R_j表示第j个中继节点，j＝1,2…，M。定义E_i为中继节点R_i在一个时隙中发射的能量，E_j为中继节点R_j在一个时隙中发射的能量，T为一个时隙的长度。定义ρ_i为中继节点R_i的功率比例因子，传输的能量为ρ_iE_i，传输数据的能量为(1-ρ_i)E_i。定义ρ_j为中继节点R_j的功率比例因子，传输的能量为ρ_jE_j，传输数据的能量为(1-ρ_j)E_j。定义中继节点R_i到目的节点D链路的信噪比为中继节点R_j到目的节点D链路的信噪比为信道的功率增益分别服从均值为和的指数分布。

(1)用第一类公平因子定义公平性，通过最大化第一类公平因子求得中继节点R_i的功率比例因子ρ_i，继而求得中继节点R_i到目的节点链路的信道容量选取最大信道容量对应的中继节点进行数据与能量同传。其中：P_i表示中继节点R_i被选中的概率；表示j分别为集合{1,…,M}中的元素且不为i时的表达式的连乘。

(2)用第二类公平因子定义公平性，通过最大化第二类公平因子F求得中继节点R_i的功率比例因子ρ_i，继而求得中继节点R_i到目的节点D链路的信道容量选取最大信道容量对应的中继节点进行数据与能量同传。其中：表示中继节点R_i被选择的比例，

具体实施方式