[发明专利]一种无线供能通信网络的信号功率优化方法

权利要求书

1.一种无线供能通信网络的信号功率优化方法，其特征在于，所述的优化方法包括以下步骤：

1)无线供能通信网络中包括可捕获射频能量的K个传感器节点，一个窃听节点和一个可以发射射频信号并接受传感器节点信息的混合基站，网络系统安排的时长以T为周期，分为K+1个时隙，τ₀,τ₁,τ₂,…,τ_k，在时隙τ₀，混合基站以发送功率p₀来广播射频信号，K个传感器节点先捕获能量；

2)在时隙τ₁内，节点N₁向混合基站传输数据，窃听节点对节点N₁进行窃听，节点N₂到节点N_K利用捕获到的能量以各自的干扰功率对窃听节点进行干扰，使其窃听吞吐量低于阈值R_th，以实现网络的安全通信；

所述干扰功率的取值确定过程如下：

2.1)：对于所部署的K个能量捕获传感器节点按1,2,…,K进行随机标号，分别表示为N₁,N₂,…,N_i,…,N_K，设置窃听吞吐量阈值R_th，初始化网络系统安排时长T，混合基站广播时长τ₀，时隙τ₀后节点顺序向混合基站传输信息，在时隙τ_i中，节点N_i向混合基站传输信息；

2.2)：任意传感器节点N_i，i＝1,2,…,K，在时隙τ₀捕获的能量E_i根据公式(1)计算得出；

E_i＝ξh_ip₀τ₀,i＝1,2,...,K, (1)

其中，ξ是节点N_i能量捕获效率，h_i是混合基站到节点N_i的下行链路信道增益，p₀是混合基站的发送功率；

2.3)：节点N₁的发送功率为根据公式(2)计算出节点N₁的吞吐量R₁，

其中，δ²表示高斯白噪声功率，g₁表示节点N₁到混合基站的上行链路信道增益，p₁表示节点N₁向混合基站传输信息的传输功率；

2.4)：节点N_i，i＝2,3,…,K的吞吐量R_i由公式(3)计算得出：

其中，g_i表示混合基站到节点N_i的上行链路信道增益，p_i表示节点N_i向混合基站传输信息的传输功率；

2.5)：对于节点N_i，i＝2,3,…,K，数据传输功率p_i和干扰功率有如下关系：

2.6)：对于窃听节点，窃听吞吐量R_e正好等于给定阈值R_th时系统吞吐量达到最大，R_e由公式(6)求出：

其中，h_E表示窃听链路信道增益，h_iE表示节点N_i，i＝2,3,…,K到窃听节点的干扰链路信道增益；

2.7)：根据等式(6)得出如下表达式：

其中，

2.8)：联立公式(3)(5)(7)，得如下吞吐量表达式：

其中

2.9)：根据公式(8)，得出斜率l_i关于x_i，i＝2,3,…,K的关系表达式：

2.10)：除去临界点的值，要使系统吞吐量最大，发送干扰功率的节点的斜率应当相同，根据这个推论得出关于斜率l的表达式：

2.11)：用l^S表示斜率l的可行区间的下边界值，将其初始化为0；用l^B表示斜率l的上边界值，将其初始化为l_imax，i＝2,3,…,K的最大值，其中l_imax表示斜率l_i的最大值；

2.12)：令

2.13)：根据公式(12)计算出迭代干扰功率

2.14)：计算

2.15)：将和a-δ²比较，如果l^B＝l'；否则，l^S＝l'；

2.16)：重复步骤2.12)到2.15)，直到l’收敛；

2.17)：l’收敛时的迭代干扰功率作为输出最优解结束；

3)在接下来的τ₂到τ_K时隙，节点2到节点K利用发送干扰信号后剩余的能量进行数据传输。