[发明专利]一种混合水声和射频传输的跨介质通信的功率分配方法

权利要求书

1.一种混合水声和射频传输的跨介质通信的功率分配方法，定义通信系统包括空中接入点、水下终端和中继，将空中接入点到中继的第一段链路和从中继到水下节点的第二段链路合称为下行链路，将从水下节点到中继的第一链路和从中继到空中接入点的第二条链路合称为上行链路，定义γ_D,air和γ_D,water分别是下行链路中中继和水下节点的瞬时信噪比，γ_D,water和γ_U,water分别是上行链路中中继和空中接入点的瞬时信噪比；其特征在于，包括以下步骤：

S1、定义在空气中利用微波进行下行链路通信，在没有视距信号分量的情况下，信道系数服从瑞利分布，为：

其中，α表示信道系数，σ²是衰落系数的方差；根据方程瞬时SNRγ_D,air遵循由下式给出的指数分布：

因此，利用概率密度函数的积分，得到γ_D,air的累积分布函数：

其中，是下行链路中中继的平均SNR；

S2、在水中利用声波进行下行链路通信，对信道系数通过Nakagami-m分布进行建模，相应的PDF表示为：

其中Γ(.)表示伽马函数，Ω表示平均衰落功率，其值等于参数m是对衰落的刻画，定义为矩量之比，由下式给出：

S3、定义每个符号的瞬时SNR为E_b表示每比特的信号能量，N₀表示噪声的功率谱密度，每个符号的平均SNR为则根据伽马分布，γ_D,water的PDF方程化简成：

求其积分，Nakagami-m衰落的CDF为：

S4、得到上行中断概率P_D,out为：

其中，γ_th为SNR阈值；

S5、将上行链路看作是下行链路的逆过程即交换通过介质顺序，上行通信的空气介质以及上行通信的水介质的信道系数α_U,water和a_U,water分别遵循UAC信道中的Nakagami-m衰落和RF信道中的瑞利衰落，因此，下行中断概率P_U,out由下式给出：

S6、定义优化问题的目标函数为P_out，则功率分配系统优化模型为：

其中，和分别代表下行水声链路的平均功率和上行空气链路的平均功率，指的是中继的总平均功率，在的确定功率值下，分配和使链路成功通信，并计算出最小的中断概率；

S7、将使得链路成功通信时的下行链路功率值分为1000个区间，利用得到的P_D,out和P_U,out，求解并且记录每个区间的最小中断概率对应的用此时确定功率值下中继总功率减去即可得到上行链路功率值