CN109618386A - 能量收集协作通信中基于公平性的数据与能量同传方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于公平性原则的数据与能量同传方法，通过确定合理的功率比例因子进行公平的中继选择，可以达到优化能量利用和延长网络生命周期的目的；根据不同的公平性定义，给出了相应的确定功率比例因子的方法，以适应不同的应用要求。

Description

能量收集协作通信中基于公平性的数据与能量同传方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种能量收集协作通信中基于公平性的数据与能量同传方法。
背景技术
从可再生能源如太阳能、风能、热能和射频能中获得能量的能量收集(energyharvesting,EH)技术可以驱动通信设备和网络，EH协作通信系统利用收集的能量驱动协作通信系统，在收集能量的使用上，基于数据与能量同时传输的SWIPT是目前主要的传输技术。然而，当EH中继节点采用功率分割(power splitting,PS)协议时，由于中继节点收集能量的情况存在差异，中继节点选择的不公平性会导致网络生命周期变短，因此如何针对不同的中继节点确定功率分割比例成为能量收集协作通信网络需要解决的一个问题。
发明内容
本发明提供了一种基于公平性原则的数据与能量同传方法，通过确定合理的功率比例因子进行公平的中继选择，可以达到优化能量利用和延长网络生命周期的目的；根据不同的公平性定义，给出了相应的确定功率比例因子的方法，以适应不同的应用要求。
本发明包括源节点S、目的节点D和M个具有EH能力的中继节点的协作通信网络，中继节点采用功率分割协议。中继节点Ri表示第i个中继节点，i＝1,2…，M；中继节点Rj表示第j个中继节点，j＝1,2…，M。定义Ei为中继节点Ri在一个时隙中发射的能量，Ej为中继节点Rj在一个时隙中发射的能量，T为一个时隙的长度。定义ρi为中继节点Ri的功率比例因子，传输的能量为ρiEi，传输数据的能量为(1-ρi)Ei。定义ρj为中继节点Rj的功率比例因子，传输的能量为ρjEj，传输数据的能量为(1-ρj)Ej。定义中继节点Ri到目的节点D链路的信噪比为中继节点Rj到目的节点D链路的信噪比为信道的功率增益分别服从均值为和的指数分布。
(1)用第一类公平因子定义公平性，通过最大化第一类公平因子求得中继节点Ri的功率比例因子ρi，继而求得中继节点Ri到目的节点链路的信道容量选取最大信道容量对应的中继节点进行数据与能量同传。其中：Pi表示中继节点Ri被选中的概率；表示j分别为集合{1,…,M}中的元素且不为i时的表达式的连乘。
(2)用第二类公平因子定义公平性，通过最大化第二类公平因子F求得中继节点Ri的功率比例因子ρi，继而求得中继节点Ri到目的节点D链路的信道容量选取最大信道容量对应的中继节点进行数据与能量同传。其中：表示中继节点Ri被选择的比例，
具体实施方式
在包含源节点S、目的节点D和M个具有EH能力的DF(decode-and-forward,译码转发)中继节点的协作通信网络中，中继节点采用功率分割(power splitting,PS)协议，Ei为中继节点Ri在一个时隙中发射的能量，其中传输的能量为ρiEi，用于传输数据的能量为(1-ρi)Ei，Ej为中继节点Rj在一个时隙中发射的能量。ρi为中继节点Ri的功率比例因子，ρj为中继节点Rj的功率比例因子，中继节点Ri到目的节点D链路的信噪比定义为中继节点Rj到目的节点D链路的信噪比为信道的功率增益分别服从均值为和的指数分布。中继节点的发射功率为T为一个时隙的长度，i＝1,2…，M。于是，第i个中继节点Ri到目的节点链路的信噪比的概率密度表达式为：用Pi表示中继节点Ri被选中的概率，于是
(1)当用第一类公平因子定义公平性，其中得到第一类公平因子通过最大化第一类公平因子可求得中继节点Ri的功率比例因子ρi，继而求得中继节点Ri到目的节点链路的信道容量可选取最大信道容量对应的中继节点进行数据与能量同传，在一个时隙内用于传输数据的能量为(1-ρi)Ei，传输的能量为ρiEi。
(2)当用第二类公平因子定义公平性，其中表示第i个中继节点被选择的比例，得到第二类公平因子。通过最大化第二类公平因子F可求得中继节点Ri的功率比例因子ρi，继而求得中继节点Ri到目的节点链路的信道容量可选取最大信道容量对应的中继节点进行数据与能量同传，在一个时隙内用于传输数据的能量为(1-ρi)Ei，传输的能量为ρiEi。

Claims (2)

1.一种能量收集协作通信中基于公平性的数据与能量同传方法，包括源节点S、目的节点D和M个具有EH能力的中继节点的协作通信网络，中继节点采用功率分割协议，中继节点Ri表示第i个中继节点，i＝1,2…，M；中继节点Rj表示第j个中继节点，j＝1,2…，M；定义Ei为中继节点Ri在一个时隙中发射的能量，Ej为中继节点Rj在一个时隙中发射的能量，T为一个时隙的长度；定义ρi为中继节点Ri的功率比例因子，传输的能量为ρiEi，用于传输数据的能量为(1-ρi)Ei；定义ρj为中继节点Rj的功率比例因子，传输的能量为ρjEj，传输数据的能量为(1-ρj)Ej；定义中继节点Ri到目的节点D链路的信噪比为中继节点Rj到目的节点D链路的信噪比为信道的功率增益分别服从均值为和的指数分布；其特征在于：用第一类公平因子定义公平性， 通过最大化第一类公平因子求得中继节点Ri的功率比例因子ρi，继而求得中继节点Ri到目的节点链路的信道容量选取最大信道容量对应的中继节点进行数据与能量同传；其中Pi表示中继节点Ri被选中的概率；表示j分别为集合{1,…,M}中的元素且不为i时的表达式的连乘。
2.一种能量收集协作通信中基于公平性的数据与能量同传方法，包括源节点S、目的节点D和M个具有EH能力的中继节点的协作通信网络，中继节点采用功率分割协议，中继节点Ri表示第i个中继节点，i＝1,2…，M；中继节点Rj表示第j个中继节点，j＝1,2…，M；定义Ei为中继节点Ri在一个时隙中发射的能量，Ej为中继节点Rj在一个时隙中发射的能量，T为一个时隙的长度；定义ρi为中继节点Ri的功率比例因子，传输的能量为ρiEi，用于传输数据的能量为(1-ρi)Ei；定义ρj为中继节点Rj的功率比例因子，传输的能量为ρjEj，传输数据的能量为(1-ρj)Ej；定义中继节点Ri到目的节点D链路的信噪比为中继节点Rj到目的节点D链路的信噪比为信道的功率增益分别服从均值为和的指数分布；其特征在于：用第二类公平因子定义公平性， 通过最大化第二类公平因子F求得中继节点Ri的功率比例因子ρi，继而求得中继节点Ri到目的节点D链路的信道容量选取最大信道容量对应的中继节点进行数据与能量同传；其中：表示中继节点Ri被选择的比例，Pi表示中继节点Ri被选中的概率；表示j分别为集合{1,…,M}中的元素且不为i时的表达式的连乘。
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