[发明专利]SWIPT系统中最优保密吞吐量和高效能量收集的实现方法

摘要

本发明公开了一种SWIPT系统中最优保密吞吐量和高效能量收集的实现方法，SWIPT系统中最优保密吞吐量和高效能量收集的实现方法，计算一个合法用户的保密吞吐量，设置一个阈值来判断是否发生保密中断，进而计算出保密中断概率，通过调节目标保密速率和发射端功率分配比求得最优保密吞吐量；接收端根据接收到的功率以及信息译码灵敏度自适应地调节功率分配系数，仅为信息译码提供满足译码要求的功率，其余全部用于能量收集。解决了现有的SWIPT系统中存在窃听者时保密吞吐量低以及能量收集效率低的问题。

主权项

1.SWIPT系统中最优保密吞吐量和高效能量收集的实现方法，其特征在于，计算一个合法用户的保密吞吐量，设置一个阈值来判断是否发生保密中断，进而计算出保密中断概率，通过调节目标保密速率和发射端功率分配比求得最优保密吞吐量；接收端根据接收到的功率以及信息译码灵敏度自适应地调节功率分配系数，仅为信息译码提供满足译码要求的功率，其余全部用于能量收集；具体按照以下步骤实施：步骤1、将用户的保密中断概率P_so定义为疑义速率小于窃听信道容量的概率，其表达式如下：其中，C_e是窃听信道的信道容量，R_e表示疑义速率，R_e＝R_m‑R₀，R_m指的是发射端的信息传输速率，γ_e指的是窃听信道的信干噪比，是窃听信道的高斯白噪声功率，C_m是主信道的信道容量，R₀是目标保密速率，0≤R₀≤C_m，β表示窃听信道的信道增益，是偏离主信道方向的发射功率与主信道功率的比值，P表示主信道方向的发射功率，θ是信息信号功率与发射功率的比值，表示窃听信道增益β的均值；为了保证可靠通信以及保密中断概率不恒为1，保密中断概率P_so的自变量θ和R₀的取值范围受到以下约束：其中，是主信道的高斯白噪声功率，α表示主信道的信道增益；步骤2、将保密吞吐量T_s定义为目标保密速率R₀与保密概率1‑P_so的乘积，将步骤1中的保密中断概率P_so代入下式：其中，为常量，而是关于目标保密速率R₀的函数；对于任意给定的θ，使得保密吞吐量T_s最大化的最优目标保密速率R₀表示为：其中将步骤1中得到的θ和R₀的取值范围分别进行等间隔取值，步长自定，即θ∈[θ^D θ^D+Δθ … θ^U‑Δθ θ^U]，R₀∈[0 ΔR₀ … C_m‑ΔR₀ C_m]，其中θ^D和θ^U分别表示θ的上限和下限；为了获得最佳保密吞吐量T_s，分别求得各个θ对应的最优目标保密速率将获得的对代入(3)即可获得θ对应的最佳保密吞吐量T_s，通过比较得到最优的以及对；接收端采用PS接收机，其按照比例ρ将PS接收机收到的功率分配于信息译码，余下的1‑ρ分配给能量收集，0＜ρ≤1；其中，接收端功率分配系数ρ为：ε表示信息译码灵敏度，P_r指的是天线收集到的功率。