CN110365393A - 一种两跳无线中继网络容量计算方法及模型 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线中继网络技术领域，具体公开一种两跳无线中继网络容量计算方法及模型，方法包括(1)建立两跳无线中继网络模型，(2)设定信道为平坦衰落，将信号传输过程分为第一时隙与第二时隙，(3)计算第一时隙下中继节点接收的带噪信号向量y_R，(4)计算第二时隙下信息接收节点D接收的带噪信号y_D，(5)计算信道AVC(α)的容量本发明的两跳无线中继网络容量计算方法及模型采用波束成形技术不仅提高了网络的传输速率，还具有很强的抗干扰能力，为无线通讯系统的抗干扰研究提供了一个新的方向，且本发明简单可操作，有很高的实用价值。

Description

一种两跳无线中继网络容量计算方法及模型

技术领域

本发明涉及无线中继网络技术领域，尤其涉及一种两跳无线中继网络容量计算方法及模型。

背景技术

在无线网络中，人工干扰是一种极具破坏性的无线网络攻击方式。矿井无线传感器网络一般用来监测矿井的环境信息，需要尽可能的延长无线网络的生存周期，而矿井复杂的物理环境使得采用电池供电的无线传感器节点比地面自由空间环境中更易失效，并且矿井大型机电设备的噪声对无线传感器网络造成了严重干扰。因此，抵抗人工干扰的破坏性攻击对于无线网络通信安全具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中的技术问题，本发明提供一种两跳无线中继网络容量计算方法及模型。

一种两跳无线中继网络容量计算方法，包括步骤：

(1)建立两跳无线中继网络模型，包括干扰源J，信源节点S，K个中继节点信息接收节点D和能量采集节点E；信源节点S通过中继节点向信息接收节点D发送信源信号进行通信；干扰源J通过中继节点向信息接收节点D发送干扰信号进行干扰；能量采集节点E采集中继节点辐射的能量；

(2)设定信道为平坦衰落，将信号传输过程分为第一时隙与第二时隙；其中，第一时隙为信源节点S与干扰源J分别以发射功率P_S与P_J同时向K个中继节点发送信源信号x_S与干扰信号x_J，中继节点接收的带噪信号向量为y_R；第二时隙为中继节点以将带噪信号向量y_R处理为转发信号向量x_R并以发射功率P_k≤P_k,max向信息接收节点D发送，以及信息接收节点D接收带噪信号为y_D；

(3)计算第一时隙下中继节点接收的带噪信号向量y_R；其中：

设定信源节点S和干扰源J与第k个中继节点R_k之间的信道衰落系数分别为h_S,k与h_J,k，则中继节点R_k接收的带噪信号为其中z_k为复数，表示中继节点R_k引入的复高斯噪声，令中继节点R_k接收的带噪信号向量为y_R＝[y₁,y₂,...,y_K]^T，复高斯噪声向量z_R＝[z₁,z₂,...,z_K]^T，则带噪信号向量其中，h_S＝[h_S,1,h_S,2,...,h_S,K]^T为信源节点S与中继节点之间的信道衰落系数向量，h_J＝[h_J,1,h_J,2,...,h_J,K]^T为干扰源J与中继节点之间的信道衰落系数向量，复高斯噪声向量z_R服从均值为0，协方差矩阵为的高斯分布；

(4)计算第二时隙下信息接收节点D接收的带噪信号y_D其中：

中继节点通过波束成形向量α＝[α₁,α₂,...,α_K]处理带噪信号向量y_R得到中继节点的转发信号向量为即转发信号向量其中H_S＝diag(h_S,1,h_S,2,...,h_S,K)，H_J＝diag(h_J,1,h_J,2,...,h_J,K)，H_Z＝diag(z₁,z₂,...,z_K)；转发信号向量x_R的第k个分量为假设中继节点R_k的发射功率为P_k,max，则转发信号x_k满足得到 则信息接收节点D接收的带噪信号y_D为其中，h_D＝(h_D,1,h_D,2,...,h_D,K)^T为中继节点与信息接收节点D之间的信道衰落系数向量，z_D为信息接收节点D引入的复高斯噪声，复高斯噪声z_D服从均值为0，方差为的高斯分布；其中，等价信源信号为等价干扰信号为等价复高斯噪声为

(5)计算信道AVC(α)的容量当且仅当等价信源信号x_S,eq的功率大于等价干扰信号x_J,eq时，AVC(α)的容量值为正，否则，信道容量为0，即：

其中，表示信干噪比。

进一步的，步骤(5)中，H_D＝diag(h_D,1,h_D,2,...,h_D,K)，则信干噪比SINR(α)表示为：

令若条件成立，信道AVC(α)的容量为：

进一步的，在第二时隙中，能量采集节点E的采集功率为Q_E，且Q_E满足：

其中，h_E＝(h_E,1,h_E,2,...,h_E,K)^T为中继节点与能量采集节点E之间的能量辐射衰落系数向量，H_E＝diag(h_E,1,h_E,2,...,h_E,K)，Q为能量采集节点E采集功率最小值。

进一步的，还包括步骤：

(6)计算信道AVC(α)的最大传输容量C_max(α)；其中C_max(α)满足：

其中，ε∈[0,1)。

一种实现上述方法的两跳无线中继网络模型，包括干扰源，信源节点，K个中继节点，信息接收节点以及能量采集节点，其中：

信源节点通过中继节点向信息接收节点发送信源信号进行通信；

干扰源向中继节点发送干扰信号破坏信源节点与信息接收节点之间的通信；

能量采集节点采集中继节点辐射的能量；

中继节点接收信源信号以及干扰信号并转发至信息接收节点。

进一步的，中继节点采用半双工模式。

进一步的，干扰源、信源节点、中继节点、信息接收节点、能量采集节点均装配一根天线。

进一步的，信源信号与干扰信号来自同一码簿。

本发明的两跳无线中继网络容量计算方法及模型采用波束成形技术不仅提高了网络的传输速率，还具有很强的抗干扰能力，为无线通讯系统的抗干扰研究提供了一个新的方向，且本发明简单可操作，有很高的实用价值。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明实施例的两跳无线中继网络容量计算方法的步骤流程图；

图2为本发明另一实施例的两跳无线中继网络容量计算方法的步骤流程图；

图3为本发明实施例的两跳无线中继网络容量计算方法的实验仿真图；

图4为本发明实施例的两跳无线中继网络容量计算方法的另一实验仿真图；

图5为本发明实施例的两跳无线中继网络模型的模块组成图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

一种两跳无线中继网络容量计算方法，如图1所示，具体包括步骤：

步骤S101：建立两跳无线中继网络模型；

两跳无线中继网络模型包括干扰源J，信源节点S，K个中继节点信息接收节点D和能量采集节点E；本实施例中设定信源节点S、干扰源J、信息接收节点D和能量采集节点E之间的距离较远，信道衰落很大，那么干扰源J和信息接收节点D、能量采集节点E之间的链路直接忽略不计。所以，信源节点S通过中继节点向信息接收节点D发送信源信号进行通信；干扰源J通过中继节点向信息接收节点D发送干扰信号进行干扰；能量采集节点E采集中继节点辐射的能量。

考虑尽可能提升信源节点S到信息接收节点D之间的信息容量，同时需要保证能量采集节点E采集到足够的能量以延长其寿命，在传统的协作通信中，干扰一般被处理为高斯噪声，然而在本实施例中，干扰源J知道信源节点S与信息接收节点D之间使用的码簿，干扰从这一码簿中随机地选择一个码字来干扰信源节点S与信息接收节点D之间的通信，简而言之，信源信号与干扰信号来自同一码簿，因此干扰并不能被简单地处理为高斯噪声。所以本实施例中的模型可以等价为一个高斯任意变化信道，进而通过研究高斯任意变化信道容量来确定模型的传输速率以及抗干扰性能。

步骤S102：设定信道为平坦衰落，将信号传输过程分为第一时隙与第二时隙；

其中，第一时隙为信源节点S与干扰源J分别以发射功率P_S与P_J同时向K个中继节点发送信源信号x_S与干扰信号x_J，中继节点接收的带噪信号向量为y_R；第二时隙为中继节点以将带噪信号向量y_R处理为转发信号向量x_R并以发射功率P_k向信息接收节点D发送，以及信息接收节点D接收带噪信号为y_D。

设定信道均为平坦衰落的，则可以认为在一次传输过程中信道响应系数不变，在传输之前，建立同步且中继节点收集了信道所以状态信息，中继节点使用半双工模式，相对应的，信号传输的过程可以分为两个时隙。

步骤S103：计算第一时隙下中继节点接收的带噪信号向量y_R；

其中：在第一时隙中，信源节点S与干扰源J分别以发射功率P_S与P_J同时向K个中继节点发送信源信号x_S与干扰信号x_J，设定信源节点S和干扰源J与第k个中继节点R_k之间的信道衰落系数分别为h_S,k与h_J,k，则中继节点R_k接收的带噪信号为其中，z_k为复数，表示中继节点R_k引入的复高斯噪声，令中继节点R_k接收的带噪信号向量为y_R＝[y₁,y₂,...,y_K]^T，复高斯噪声向量z_R＝[z₁,z₂,...,z_K]^T，则带噪信号向量其中，h_S＝[h_S,1,h_S,2,...,h_S,K]^T为信源节点S与中继节点之间的信道衰落系数向量，h_J＝[h_J,1,h_J,2,...,h_J,K]^T为干扰源J与中继节点之间的信道衰落系数向量，不失一般性，复高斯噪声向量z_R服从均值为0，协方差矩阵为的高斯分布，其中，表示中继节点的噪声功率，矩阵I_K为K阶单位阵，表明各中继节点的噪声是相互独立的。

综上，本步骤中带噪信号向量y_R为

步骤S104：计算第二时隙下信息接收节点D接收的带噪信号y_D，其中：

在第二时隙中，中继节点以将带噪信号向量y_R处理为转发信号向量x_R并以发射功率P_k≤P_k,max向信息接收节点D发送。中继节点通过波束成形向量α＝[α₁,α₂,...,α_K]处理带噪信号向量y_R得到中继节点的转发信号向量为其中，表示复数域，表示复数域上K×1阶的列向量，即转发信号向量其中，H_S＝diag(h_S,1,h_S,2,...,h_S,K)，H_J＝diag(h_J,1,h_J,2,...,h_J,K)，H_Z＝diag(z₁,z₂,...,z_K)；转发信号向量x_R的第k个分量为

假设中继节点R_k的发射功率最大值为P_k,max，那么中继节点R_k的转发信号x_k必须满足得到其中，

信息接收节点D接收的带噪信号y_D为其中，h_D＝(h_D,1,h_D,2,...,h_D,K)^T为中继节点与信息接收节点D之间的信道衰落系数向量，z_D为信息接收节点D引入的复高斯噪声，复高斯噪声z_D服从均值为0，方差为的高斯分布，表示信息接收节点D处的噪声功率。

结合前式，其中，设定等价信源信号为等价干扰信号为等价复高斯噪声为

根据上式，本实施例的两跳中继网络可以等价为一个任意变化信道，显然，该信道与波束成形向量α＝[α₁,α₂,...,α_K]相关，记为AVC(α)。

步骤S105：计算信道AVC(α)的容量

根据任意变化信道的可对称化条件，存在一种编码方案使得的信道AVC(α)传输容量非零，所以，当且仅当等价信源信号x_S,eq的功率大于等价干扰信号x_J,eq时，AVC(α)的容量值为正，否则，信道容量值为0，即：

其中，表示信干噪比。

根据矩阵运算法则，很容易验证其中H_D＝diag(h_D,1,h_D,2,...,h_D,K)，那么信干噪比SINR(α)表示为：

令若条件成立，信道AVC(α)的容量

在本实施例的第二时隙中，能量采集节点E的采集功率为Q_E，且采集功率Q_E必须满足：

其中，h_E＝(h_E,1,h_E,2,...,h_E,K)^T为中继节点与能量采集节点E之间的能量辐射衰落系数向量，H_E＝diag(h_E,1,h_E,2,...,h_E,K)，Q为能量采集节点E处采集功率最小值，保证能量采集节点E采集到足够的能量。

具体的，如图2所示，本发明实施例的两跳无线中继网络容量计算方法在以上实施例的基础上，还包括步骤S106：

步骤S106：计算信道AVC(α)的最大传输容量C_max(α)；

其中C_max(α)满足：

其中，ε∈[0,1)。

本实施例中，为使得信源节点S与信息接收节点D之间的传输容量达到最大，且由于函数log(·)的单调递增性，通过建立如上的优化问题来确定在干扰条件与能量采集节点E采集功率约束条件下波束成形向量α的最优计算和相对应的最大传输容量C_max(α)。

上述第一个约束条件是保证最大传输容量C_max(α)非零的充要条件，第二个约束条件保证能量采集节点E能采集足够的能量以保证其工作寿命，第三个约束条件为保证分布式中继节点最大的发射功率约束成立。显然，上述的优化问题是非凸的，将该问题转化为一个凸优化问题在多项式时间内求解。

首先，将以上优化问题转化为：

传输容量非零条件是等价功率之间的商形式而非差形式，这是因为当这两个等价功率值都很小时，它们的比值还能处于设定的误差范围内，而使用差形式将会造成差值太小处于误差范围之外。另外，本实施例中没有简单地设置ε＝1，在这种情况下，优化问题的最优解可能满足根据传输容量非零条件，此时信道容量为零，与设定相互矛盾，所以，ε的值越趋近于1，优化问题的可行域越大，越有可能得到问题的全局最优解。

通过引入辅助变量复数u，将优化问题转换成如下的形式：

其中，e_k＝(0,...,0,1,0,...,0)^T，表示第k位元素为1，其余元素为0的单位列向量。优化问题的最优值总是在约束条件等号成立时得到，否则，存在最优解(α_opt,u_opt)满足那么一定存在u＜u_opt使得(α_opt,u)将得到更大的目标函数值，产生矛盾。因此，令优化问题可进一步改写成：

将上述优化问题中的第一个约束条件除以第三个约束条件，得到：

令显然矩阵Φ和Ψ都是半正定矩阵，因此优化问题可进一步改写成如下形式：

显然，优化问题的目标函数是一个凸函数，考虑优化问题的一个最优解(β₀,v₀)，对于任意的旋转相位θ，(β₀e^jθ,v₀)也是优化问题的最优解，那么一定存在一个旋转相位θ₀能同时满足条件与优化问题能等价的表示为如下形式：

令β＝(β^T,v)^T， 因为矩阵Φ和Ψ都是半正定矩阵，那么一定存在矩阵Λ，Υ使得优化问题可以改写成为一个标准的二阶锥优化(SCOP)形式：

s.t.‖Λβ‖≤1

‖Υβ‖≤1

其中：表示第K+1个元素的值为1，其余元素为零的单位列向量。通过标准内点法，可以在多项式时间内求解优化问题，计算复杂度为记优化问题的最优值与最优解分别为与λ_opt，那么原优化问题的最优解为在干扰条件与能量采集节点E的采集功率约束条件下，信源节点S与信息接收节点D之间的最大传输速率为

在进行仿真验证过程中，随机产生信道衰落系数向量h_S、h_J、h_D以及能量辐射衰落系数向量h_E。这四个向量的元素是独立产生的复高斯变量，服从均值为0，方差为1的高斯分布。不失一般性，设定中继节点、信息接收节点的噪声功率相同信源信号的传输信噪比为各中继节点具有相同的发射功率P_r。为公平起见，设定表示网络中各个节点的发射信号能力是相同的。在仿真验证过程中，ε＝0.99，随机产生1000个信道样本以便于分析波束成形技术在本方案的平均性能。

如图3所示，横轴表示干扰信号的干噪比纵轴表示信道最大传输速率平均值。在最优波束成形技术方案下，给定不同的中继节点数K＝4，6，能量采集节点的能量采集约束条件满足6dB时，分别刻画了存在能量采集约束条件下与无能量采集约束条件下的信道最大传输速率平均值随干扰信号干噪比的变化曲线。

首先，当干扰信号功率较小时，最大传输速率平均值随干扰信号的干噪比下降显著，这是因为干扰信号被作为噪声处理导致信噪比下降。当干扰信号增加到一定程度后，信道的最大传输速率平均值基本保持不变，因为波束成形技术将干扰信号过滤消除，使得传输速率与干扰信号无关，也就不会随干扰信号的干噪比下降。在种情况下，波束成形技术表现为一种空间滤波器，将干扰信号过滤消除从而提升网络的传输性能，具有抗干扰能力。这也正是当干扰信号的干噪比网络的传输速率非零的原因。

其次，固定能量采集约束条件中继节点数K＝6时的最大传输速率平均值高于中继节点数K＝4时，这是因为增加中继节点可以使用更多的能量转发信号，同时，增加了空间分集获得额外的分集增益，因此提升系统传输性能。这体现了中继节点在协助方式下提高系统性能的作用。

第三，固定中继节点数K＝4时，能量采集约束条件时最大传输速率平均值低于这是因为当能量采集节点需要更多的能量时，中继节点能分配用于传输信源信号到信息接收节点的功率减少。从波束上看就是朝向信息接收节点的波束不够集中，将更多的能量辐射发散至能量采集节点。另外，在图3中，当中继节点数K＝4时，能量采集约束条件与下的无能量采集约束条件下最大传输速率平均值随干扰信号的干噪比的变化曲线非常接近但又不重合。在理论上，它们应该重合，这是因为仿真时信道样本数还不够大，造成样本均值存在一定的偏差。

本发明还将比较波束成形技术与现有的其它的中继方案下的系统性能，如图4所示，刻画了本实施例的方案与如下5种方案的平均最大传输速率的比较：

(1)直接中继(Direct relaying)：一种简单易行的中继转发方式，中继节点仅是将接收到的信号进行放大且满足中继节点发送功率的约束条件，然后转发到信息接收节点，这种情况下我们可以得到转发向量为：

其中， 其中，

(2)迫零技术(ZF)：一种将干扰信号投影到零空间以达到消除干扰的方法。在本次仿真中，波束成形向量是从由向量H_Dh_J长成的空间span(H_Dh_J)的零空间中任意产生一个向量，并使得分量都满足中继节点的发射功率约束条件。

(3)Pseudo-匹配转发(PMF)：在中继节点上使用选择权重向量，权重向量的分量定为

其中以满足每个中继节点的发射功率约束条件。

(4)对于不带干扰源且无能量采集约束条件下的两跳分布式中继网络的最优波束成形方案。

(5)对于不带干扰源，但存在能量采集约束条件下的两跳分布式中继网络的最优波束成形方案。

(6)本实施例的方案。

图4中，横轴表示干扰信号的干噪比纵轴表示信道的最大传输速率平均值。图4的仿真结果给出了当中继节点数量为K＝6，能量采集约束条件时，在这6种方案下信道的最大传输速率平均值。结果显示，直接中继方案(1)是性能最差的中级转发方案，在直接中继方案下，当干扰源发送功率P_J逐渐增大时，信道的最大传输速率平均值快速减小并趋于0，因此，这一方案并不具备抗干扰能力，而且这一方案下，其最大传输速率平均值也是这6种方案中最低的。而PMF方案(3)的性能比直接中继方案(1)性能稍强，其本质上与直接中继方案(1)类似，也不具备抗干扰能力。而在ZF方案(2)下，无论干扰源发送功率P_J如何变化，系统的最大传输速率平均值保持不变，可以看出迫零技术具有抗干扰的能力，但是，在ZF方案(2)下的平均传输速率较低。当干扰信号的干噪比时，上述方案(4)和方案(5)提出的传统的波束成形方案具有较强的传输能力，但是，当时，这两种方案的最大传输速率平均值快速降低，尤其是当时，使用这两种方案的最大传输速率平均值分别低于ZF方案(2)，并随P_J继续增大而趋于零。所以本发明实施例提出的波束成形技术与其它5种中继方案相比，具有最高的最大传输速率平均值，既能获得较高的传输性能又具有极强的抗干扰能力。

本发明实施例还提供一种实现上述实施例的两跳无线中继网络模型，如图所示，包括干扰源201，信源节点202，K个中继节点203，信息接收节点204以及能量采集节点205，其中：信源节点202通过中继节点203向信息接收节点204发送信源信号进行通信；干扰源201向中继节点203发送干扰信号破坏信源节点202与信息接收节点204之间的通信；能量采集节点205采集中继节点203辐射的能量；中继节点203接收信源信号以及干扰信号并转发至信息接收节点204。本实施例中的中继节点203采用模拟网络编码以及AF(放大转发)模式下的波束成形技术将接收到的干扰信号和信源信号进行转发。

具体的，本实施例两跳无线中继网络模型中的中继节点203采用半双工模式。

具体的，本实施例两跳无线中继网络模型中干扰源201、信源节点202、中继节点203、信息接收节点204、能量采集节点205均装配一根天线。

具体的，本实施例两跳无线中继网络模型中信源信号与干扰信号来自同一码簿。

本实施例的两跳无线中继网络容量计算方法及模型采用波束成形技术不仅提高了网络的传输速率，还具有很强的抗干扰能力，为无线通讯系统的抗干扰研究提供了一个新的方向，且本实施例简单可操作，有很高的实用价值。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (8)

1.一种两跳无线中继网络容量计算方法，其特征在于，包括步骤：

(1)建立两跳无线中继网络模型，包括干扰源J，信源节点S，K个中继节点信息接收节点D和能量采集节点E；所述信源节点S通过所述中继节点向所述信息接收节点D发送信源信号进行通信；所述干扰源J通过所述中继节点向所述信息接收节点D发送干扰信号进行干扰；所述能量采集节点E采集所述中继节点辐射的能量；

(2)设定信道为平坦衰落，将信号传输过程分为第一时隙与第二时隙；其中，所述第一时隙为所述信源节点S与所述干扰源J分别以发射功率P_S与P_J同时向K个中继节点发送信源信号x_S与干扰信号x_J，所述中继节点接收的带噪信号向量为y_R；所述第二时隙为所述中继节点以将所述带噪信号向量y_R处理为转发信号向量x_R并以发射功率P_k≤P_k,max向所述信息接收节点D发送，以及所述信息接收节点D接收带噪信号为y_D；

(3)计算所述第一时隙下所述中继节点接收的带噪信号向量y_R；其中：

设定所述信源节点S和所述干扰源J与第k个中继节点R_k之间的信道衰落系数分别为h_S,k与h_J,k，则所述中继节点R_k接收的带噪信号为其中z_k为复数，表示所述中继节点R_k引入的复高斯噪声，令所述中继节点R_k接收的带噪信号向量为y_R＝[y₁,y₂,...,y_K]^T，复高斯噪声向量z_R＝[z₁,z₂,...,z_K]^T，则带噪信号向量其中，h_S＝[h_S,1,h_S,2,...,h_S,K]^T为所述信源节点S与所述中继节点之间的信道衰落系数向量，h_J＝[h_J,1,h_J,2,...,h_J,K]^T为所述干扰源J与所述中继节点之间的信道衰落系数向量，所述复高斯噪声向量z_R服从均值为0，协方差矩阵为的高斯分布；

(4)计算所述第二时隙下所述信息接收节点D接收的带噪信号y_D其中：

所述中继节点通过波束成形向量α＝[α₁,α₂,...,α_K]处理带噪信号向量y_R得到所述中继节点的转发信号向量为即所述转发信号向量其中H_S＝diag(h_S,1,h_S,2,...,h_S,K)，H_J＝diag(h_J,1,h_J,2,...,h_J,K)，H_Z＝diag(z₁,z₂,...,z_K)；转发信号向量x_R的第k个分量为假设所述中继节点R_k的发射功率为P_k,max，则转发信号x_k满足得到 则所述信息接收节点D接收的带噪信号y_D为其中，h_D＝(h_D,1,h_D,2,...,h_D,K)^T为所述中继节点与所述信息接收节点D之间的信道衰落系数向量，z_D为所述信息接收节点D引入的复高斯噪声，所述复高斯噪声z_D服从均值为0，方差为的高斯分布；其中，等价信源信号为等价干扰信号为等价复高斯噪声为

(5)计算信道AVC(α)的容量当且仅当所述等价信源信号x_S,eq的功率大于所述等价干扰信号x_J,eq时，AVC(α)的容量值为正，否则，信道容量为0，即：

其中，表示信干噪比。

2.根据权利要求1所述的两跳无线中继网络容量计算方法，其特征在于，所述步骤(5)中，H_D＝diag(h_D,1,h_D,2,...,h_D,K)，则所述信干噪比SINR(α)表示为：

令若条件成立，信道AVC(α)的容量为：

3.根据权利要求2所述的两跳无线中继网络容量计算方法，其特征在于，在所述第二时隙中，能量采集节点E的采集功率为Q_E，且Q_E满足：

其中，h_E＝(h_E,1,h_E,2,...,h_E,K)^T为所述中继节点与所述能量采集节点E之间的能量辐射衰落系数向量，H_E＝diag(h_E,1,h_E,2,...,h_E,K)，Q为所述能量采集节点E采集功率最小值。

4.根据权利要求3所述的两跳无线中继网络容量计算方法，其特征在于，还包括步骤：

(6)计算信道AVC(α)的最大传输容量C_max(α)；其中C_max(α)满足：

其中，ε∈[0,1)。

5.一种实现权利要求1-4所述方法的两跳无线中继网络模型，其特征在于，包括干扰源，信源节点，K个中继节点，信息接收节点以及能量采集节点，其中：

所述信源节点通过所述中继节点向所述信息接收节点发送信源信号进行通信；

所述干扰源向所述中继节点发送干扰信号破坏所述信源节点与所述信息接收节点之间的通信；

能量采集节点采集所述中继节点辐射的能量；

所述中继节点接收所述信源信号以及所述干扰信号并转发至所述信息接收节点。

6.根据权利要求5所述的两跳无线中继网络模型，其特征在于，所述中继节点采用半双工模式。

7.根据权利要求6所述的两跳无线中继网络模型，其特征在于，所述干扰源、所述信源节点、所述中继节点、所述信息接收节点、所述能量采集节点均装配一根天线。

8.根据权利要求7所述的两跳无线中继网络模型，其特征在于，所述信源信号与所述干扰信号来自同一码簿。