1.基于时隙切换的中继辅助信息与能量传输方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1、无线携能网络基于时隙切换的中继辅助信息与能量传输场景假设;
步骤2、无线携能网络基于时隙切换的中继辅助信息与能量传输建模;
步骤3、无线携能网络基于时隙切换的中继辅助信息与能量传输的中断性能分析;
步骤4、无线携能网络基于时隙切换的中继辅助信息与能量传输的能效性能分析;
步骤1所述的无线携能网络基于时隙切换的中继辅助信息与能量传输场景假设,具体如下:为了不失一般性,在具体描述信息与能量传输方法之前,作出如下假设:(1)相对于传送信号的功率,源端S1、S2和目的端D电路中信号处理的功率忽略不计;
(2)中继节点R的信息缓存存储空间足够大,储能容量亦足够大;因此不用考虑信息数据与能量的溢出问题;
(3)系统中所有信道均为瑞利平坦衰落;在一次单向传输信息完成的时间间隔T内,信道系数 和hrd保持不变且相互独立;
步骤2所述的无线携能网络基于时隙切换的中继辅助信息与能量传输建模,具体如下:源端S1和S2分别以功率P1和P2广播信号x1和x2,目的端D和SWIPT中继R都能收到信号x1和x2,目的端D接收到的信息 和 分别为:其中,xi(i=1,2)是单位功率信号; 和 分别为S1到D和S2到D链路的信道系数;
和 是均值为0,方差为1的加性高斯白噪声,特别之处, 虽不是D接收Si的有用信号,却可以帮助D从R发送的混合信号xR中译码出源信号;
同时,经过R的信息接收机处理,R收到的基带信号yr,i为:其中, 是Si(i=1,2)到D链路的信道, 为R的均值为0,方差为1的加性高斯白噪声,经过R的能量接收机处理,R从Si发送的信号中收集的能量为:其中,0≤σ≤1为时隙切换因子,0<η≤1代表能量转换效率,Pi(i=1,2)为功率;T为双向传输的总时间,m表示Si(i=1,2)到R的信道大尺度衰落系数; 表示Si(i=1,2)到R的距离;
当Si(i=1,2)广播完信号x1和x2,R已经从S发送的信号中收集了E1+E2的能量,并将此能量全部用于后续广播阶段的信息发送中,因此,R在广播阶段的发送功率为:R首先将收到的信号yr,1和yr,2合并成xR,然后以功率Pr进行广播,其中,xR为:为信号yr,1和yr,2的加权合并系数,选取如下:其中,0<θi<1(i=1,2),且θ1+θ2=1,如此设置可以保证无论θi如何取值,xR总是单位功率信号;
D收到R的广播信号为:
其中,nrd是D处均值为0,方差为1的加性高斯白噪声,由于D可以从(1)式和(2)式中译码出x1(x2),因此,可以从收到的信号yrd中去除信号x2(x1),获得去除干扰后的信号为:步骤3所述的无线携能网络基于时隙切换的中继辅助信息与能量传输的中断性能分析,具体如下:首先求出源端到目的端的链路互信息,再求解互信息低于目标速率的概率即中断概率,根据(5)式中的Pr,并且采用(7)式中的近似,可以得到信号 的信噪比γ1为:自此,D已收到两份信号x1的副本,通过最大合并比技术,D将收到的两份信号副本进行合并,其中,S1到D直接链路的信噪比为 因此,S1到D传输的互信息为:当上式中的互信息低于设定的阈值Rt时会导致中断的发生,中断概率可由下式计算:根据式(12),给定目标速率Rt,采用能量收集传输方法的系统中断概率可以用下式表示:其中,γ(·)为不完全伽马函数,C≈0.5772为欧拉常数,c=1;
在上式中,
步骤4所述的无线携能网络基于时隙切换的中继辅助信息与能量传输的能效性能分析,具体如下:定义能效为发送端单位能量消耗下链路可实现的传输速率或信道容量;
能效表达式为:
其中,Ii为Si-R链路的信息传输速率, 为Si-R链路的能量消耗;
进一步表示为: