[发明专利]基于TS策略的包含直接链路SWIPT中继系统中吞吐量优化方法

权利要求书

1.基于TS策略的包含直接链路SWIPT中继系统中吞吐量优化方法，其特征在于，包括：

包含直接链路的信能同传(SWIPT)中继系统中包括一个源节点S、一个中继节点R和一个目的节点D；将源节点S向目的节点D传输信息的链路称为直接链路(DL)；将源节点S通过中继节点R发送信息给目的节点D的链路称为中继转发链路(RL)；源节点S和目的节点D是有源的，即这两个节点没有能量限制，它们都有固定的能量供应；而中继节点R没有提供能量的设备，需要从源节点S的射频信号获取能量；中继节点利用收集的能量，将来自源节点S的信息转发到目的节点D；中继节点采用时间分割(TS)接收策略；中继节点工作在解码转发(DF)模式下，只有当中继节点接收信号的信噪比大于等于阈值时，中继节点才会无误地解码，否则就会发生中断，中继节点就不会向目的节点转发信息，中继节点将已经收集的能量储存起来，用于维持中继系统基本的运行，包括电路自身消耗能量和解码所需能量等；而成功地解码后，中继节点收集的能量完全用于中继转发信息；目的节点利用最大比合并(MRC)的方法，合并分别来自直接链路(DL)和中继转发链路(RL)的信号，作为目的节点最终的信号；

所有的节点采用半双工工作模式；h表示源节点和中继节点之间的信道增益，g表示中继节点和目的节点之间的信道增益，f表示源节点和目的节点之间的信道增益；d₁表示源节点和中继节点之间的距离，d₂表示中继节点和目的节点之间的距离，d表示源节点和目的节点之间的距离；

所有的信道为准静态块衰落信道，并且是频率非选择性衰落；在一个通信时间块T中，信道增益保持恒定，在不同的时间块之间，信道增益会发生变化，这些随机的信道增益独立且都服从于瑞利分布；|f|²、|h|²和|g|²都是随机变量，服从于指数分布，且它们的期望为E[|f|²]＝E[|h|²]＝E[|g|²]＝1，其中E[·]表示取期望，|·|表示取模值；随机变量|f|²的概率密度函数为f_f(z)＝e^-z，概率分布函数为F_f(z)＝P(|f|²＜z)＝1-e^-z；随机变量|h|²的概率密度函数为f_h(x)＝e^-x，概率分布函数为F_h(x)＝P(|h|²＜x)＝1-e^-x；随机变量|g|²的概率密度函数为f_g(y)＝e^-y，概率分布函数为F_g(y)＝P(|g|²＜y)＝1-e^-y；通信过程中，最主要的能量损耗是路径损耗，设定损耗系数为m；

源节点发射的归一化信号的平均功率为P_s；n_r表示中继节点在接收信号时天线所产生的噪声，n_r是圆对称复高斯随机变量，即表示n_r(t)服从复高斯分布，均值为0，方差为n_d表示目的节点在接收信号时天线所产生的噪声，且有能量收集效率因子记为η；

T表示一段完整的时间块，α表示在时间块T内中继节点收集能量时间系数，α∈[0，1]；中继节点利用αT的时间为转发信息获取所需的能量，当收集的能量足够将收到的信息转发出去之后，中继节点就利用(1-α)T/2时间进行接收源节点发来的信息；在此同时，源节点也向目的节点发送同样的信息；然后中继节点再用(1-α)T/2时间将接收的信息转发到目的节点，从而完成通信；

整个通信系统采用限制延时的传输模式，在该模式中，接收机以一个时间块为单位解码所接收的信息，通过中断概率来衡量系统的吞吐量性能；将源节点的信息传输速率固定为R₀，因此，设定信噪比阈值

直接链路的中断概率记为源节点和中继节点之间的中断概率记为目的节点利用最大比合并的方法，合并分别来自直接链路和中继转发链路的信号，作为目的节点最终的信号，仍然不能正确解码的概率，即该情况下的中断概率记为从目的节点来看，通信的中断概率P_out，即目的节点无法正确解码的概率，为

基于TS策略的包含直接链路SWIPT中继系统吞吐量为

式中，

以吞吐量的最优为目标建立优化问题P：

s.t.0≤α≤1

在P_s、R₀、η、d₁、d₂、d、m、和等参数给定的情况下，采用最优化算法，得到最优的收集能量时间系数和最优的吞吐量。