1.一种基于能量收集多信源中继协作通信系统的功率分割因子优化方法,信源节点和目的节点配置单天线,中继节点配置两天线,其特征在于,包括如下步骤:
步骤s1、两信源节点s1、s2通过中继节点r将信息转发至目的节点,在第一时隙中,s1、s2广播信号至中继节点r;
步骤s2、中继节点r基于能量收集技术同时实现信息译码与能量收集,功率分割协议下,功率分割因子为ρ(0≤ρ≤1),可获取两信源节点到中继节点r的信噪比;
步骤s3、根据香农公式获取两信源节点s1、s2到中继节点r及中继节点r到目的节点的信道容量,并通过译码转发协议,获取两信源中继协作通信系统的信道容量;
步骤s4、优化中继节点r的功率分割因子,并对能量收集和信息译码两部分功率进行优化分配,使两信源节点s1、s2到目的节点的系统信道容量最大化。
2.根据权利要求1所述的一种基于能量收集多信源中继协作通信系统的功率分割因子优化方法,其特征在于,所述步骤s1中,在第一时隙内,两信源节点s1、s2广播信号到中继节点r;两信源节点s1、s2的传输信号为xi(e[|xi|2]=1),发射功率分别为pi(i=1,2);nr为中继节点r的加性高斯白噪声矩阵,各分量相互独立的均值为零、方差为
其中,
3.根据权利要求1所述的一种基于能量收集多信源中继协作通信系统的功率分割因子优化方法,其特征在于,所述步骤s2中,中继节点r的功率分割因子为ρ(0≤ρ≤1),中继节点r将接收信号中
4.根据权利要求1所述的一种基于能量收集多信源中继协作通信系统的功率分割因子优化方法,其特征在于,所述步骤s3中,中继节点r从两个信源节点s1、s2中收集总能量为:
其中,
中继节点采用空时编码协作转发两信源节点s1、s2的信息,目的节点采用最大似然检测译码方法恢复信源节点s1、s2的信号,中继节点的第一发射天线和第二发射天线到目的节点的接收天线的信道增益分别为
根据香农公式,可计算出两信源节点s1、s2到中继节点r以及中继节点r到目的节点信道容量分别为:
根据译码转发协议,两信源中继协作通信系统的信道容量为:
5.根据权利要求1所述的一种基于能量收集多信源中继协作通信系统的功率分割因子优化方法,其特征在于,所述步骤s4中,根据两个信源到目的节点的信道容量,优化功率分割因子,获取此时系统的信道容量最大值;则信道容量公式为:
c=min(c1,c2,c3)(11)
其中,
其中,f(ρ)=min(f1(ρ),f2(ρ),f3(ρ)),fi(ρ),i=1,2,3,分别表示为:
通过计算可知fi(ρ)(0≤ρ≤1)的边界值,并对边界值分析,得到ρ在[0,1]区域内,函数f1(ρ)和f2(ρ)单调递减,f3(ρ)单调递增;ρm,n为函数曲线相交点(m,n)∈{(1,3),(2,3)},通过比较ρ1,3与ρ2,3的大小,系统信道容量最大值计算分为两种情况:
第一种:ρ1,3≤ρ2,3,则有
第二种:ρ1,3≥ρ2,3,则有
其中,
通过比较ρ1,3和ρ2,3可知,当
公式(16)、(17),由部分连续函数构成,在公式(16)中,信道容量c为两段函数组成:第一段函数增加,第二段函数减少,而整个函数为连续,由此可知整个函数是凸函数且只有一个最大值;同理可知公式(17)也只有一个最大值;
将功率分割问题优化为等价于求解功率分割因子的取值可实现信道容量最大化的目标:
op1:
s.t.0≤ρ≤1(20)
则在第一种情况时,信道容量函数由两段函数组成的连续函数,第一段单调自增,第二段单调递减,函数最大值出现在两段函数交点处,即:
则最优功率分割因子:
ρopt=ρ1,3;(22)
第二种情况时,
系统的最大信道容量为:
则最优功率分割因子:
ρopt=ρ2,3;(24)
将分割因子代入总功率,求得用于能量收集和信息译码的功率分配,实现系统信道容量最大化。