文摘
这项工作研究SWIPT-based半双工(HD)再生(DF)中继网络,其中中继用户可以清除权力来源的射频(RF)信号,然后利用它来传达到目标的信息。具体地说,两个SWIPT-based传送方案,称为静态功耗分裂——基于(SPS)的传送(SPSR)和最优动态功率分裂——(DPS)转发(ODPSR)为基础,提出了调查每一个完全的好处。基于上述讨论,继电保护系统的中断概率(OP)的性能进行了研究。具体地说,我们推导出解析表达式SPSR和DPSR方法。最后,数值模拟执行分析和仿真结果证实了。
1。介绍
空前增长的无线数据流量和物联网设备(IoTDs),在无线通信能耗大大增加在过去的几十年里1- - - - - -4]。在报道5- - - - - -7),物联网用户的数量估计在2021年和2025年,达到116亿年和250亿年分别。尽管如此,IoTDs往往具有电池容量限制,限制总操作时间。此外,电池充电和/或替换可以是昂贵的,甚至不可能如人体内部或有毒的环境中。幸运的是,能量收获(EH)已经成为一种很有前途的技术来克服这些问题8]。特别是,无线电频率(RF)嗯最近已经从工业和学术界中引起相当大的关注,因为它不依赖于自然天气,即。,太阳能9)、风(10)、水(8),是可控的11- - - - - -27]。值得注意的是,射频信号可以同时给接收机带来信息和能量,称为SWIPT。Varshney是SWIPT概念的先驱23]。然后,张和Ho (13)提出了SWIPT实际系统模型,即频繁(TS)和power-splitting (PS)的方法。基于TS和PS (13),纳西尔et al。16)提出了两种传送协议,称为时间switching-based传送(TSR)协议和权力splitting-based传送(PSR)协议,引入嗯和数据传输中继节点的合作无线网络。在[24,25),作者调查了动态PS-based SWIPT与dual-hop再生(DF)传送的存在直接的联系。具体来说,他们得到确切的封闭表达式中断概率(OP)和各态历经容量(EC)。除此之外,他们得到的最优值PS最小化OP速度给定的阈值。施等。26]研究了SWIPT-based三步双向DF中继网络的非线性能量收割机装备继电器。具体来说,他们得到封闭OP和网络容量的表达式,在PS比率是动态改变根据瞬时信道状态信息(CSI)。你们et al。27)设计最优静态和动态传输方案在SWIPT-based DF继电器网络。具体地说,他们获得了最佳值的时间分配(TA)和PS比率通过求解两个优化问题,即中断概率最小化和瞬时信道容量最大化。
这项工作分析的性能SWIPT-based半双工(HD) DF中继系统,而中继用户进行权力从源射频信号,然后使用它来传输数据到目的地。给出了本研究的贡献如下:(我)我们提出一个新颖的系统模型与PSR SWIPT-enabled DF传送网络协议。此外,我们提出两个SWIPT-based继电保护方案,即SPS-based传送(SPSR)和最优DPS-based传送(ODPSR),研究每一个完全的优势(2)根据提出的系统模型,我们得出故障概率的分析表达式SPSR和ODPSR方案(3)并给出了蒙特卡罗模拟证实了数学分析。具体地说,我们还提供了一个深刻的分析,不同的系统参数对系统性能的有效性,即。传输、电源、继电器节点,能量收获系数和速度阈值
本文的其余部分的结构。SWIPT-assisted DF中继系统的系统模型提出了部分2。然后,OP分析节中给出3。仿真结果描述部分4。
2。系统模型
2.1。能量收集和传输模型
我们考虑一个SWIPT-assisted DF传送网络如图1,一个源 ;多个继电器,用与 ;和一个目的地 。此外,直接传输链接 失踪是由于巨大的障碍。此外, ,继电器,配有一个高清天线和操作模式。值得注意的是,中继节点可以从源获取能量的射频信号。然后,选择继电器使用收获能量传送源到目标的数据。如图2,总操作时间分为两个相等的部分,即 。上半年的时候,中继节点收成能源从一个源信号的一部分,也就是说, ,使用power-splitting方法, 表示功率切换的因素。保持权力,即 用于解码的信息。在剩下的一半的时间,选择继电器使用所有收获能量传送到目的地的信息 。此外,我们假设两个任意节点之间的信道是一块瑞利衰落。
让我们表示和的信道系数 和 链接,分别。
假设所有的渠道都是瑞利衰落。因此,该频道收益 和 是指数分布随机变量(旅游房车)提供的作为
考虑路径损耗模型,我们 在哪里和链接的距离吗 和 链接,分别。
然后,的pdf文档 , 分别给出了是吗
接收到的信号继电器 - - - - - -可以表示为 在哪里是能量的象征 哪一个表示期望的操作。加性高斯白噪声是零均值和方差(AWGN)吗 。
传输功率继电器可以计算(12] 在哪里传输能量的来源吗 。
接收到的信号可以作为目的地 在哪里是零均值和方差情况吗 。
从(4),信噪比(信噪比)继电器 - - - - - -节点可以派生 在哪里
从(6),可以获得目标的信噪比
最后,整个系统的信噪比和能力,可以分别给出的
2.2。部分继电器选择(PRS)
在本文中,我们应用部分继电器选择(PRS)方法来提高通信性能。具体来说,可以选择继电器中最好的中继节点如下:
从(10),最好的传递通道从源节点本身是选为最佳的继电器。
提供的可以由
通过考虑独立和相同的分布式(先验知识)随机变量(旅游房车),也就是说, ,方程(11)可以写成 在哪里
3所示。中断概率(OP)分析
3.1。案例1:静态功耗Splitting-Based传送
可以被定义为OP的目的地 在哪里 ,和确定的阈值。
3.2。案例2:最优动态功率Splitting-Based传送
从(9),为了提高系统的质量,我们将试图找到最优价值最大化 。因为我们考虑DF协议模型,可以通过解下列方程计算(28]:
最后,借助([29日),3.324.1),可以称 在哪里修改后的第二类贝塞尔函数和 - - - - - -th秩序。
4所示。仿真结果
这一部分介绍了数值结果显示各种参数的影响的中断性能提出SWIPT-enabled DF传送网络使用蒙特卡罗模拟与PSR (28,30.- - - - - -34]。不失一般性,我们假设之间的距离 和 等于单位价值。通道增益系数的平均值和 ,分别等于0.5和1;从5到15分贝值不同;能量收集系数 。中断概率的仿真结果获得的平均在106样品为每一个瑞利衰落信道。
图3描述的故障提出了不同的系统(dB)。可以看出,最优的性能DPS-based传送(ODPSR)优于SPS-based传送(SPSR)= 0.25和0.75。此外,当的价值小于6 dB, OP的SPSR 比的SPSR 。然而,当的价值高于6 dB的中断性能SPSR 比的SPSR 此外,增加的价值显著影响OP的计划。预期的价值之间的比率被定义为源的传输功率和噪声功率。因此,越高值,传输的电力来源。因此,目的地可以获得较大的数据率,减少了停机值。
在图4研究了故障概率的函数中继节点的数量( )。正如所料,ODPSR方法的性能得到最好的结果与SPS方法相比,即。,SPSR= 0.45和0.65。这是由于这样的事实:ODPSR方案旨在找到的最优值最大化的接收能力的目的地。另一个有趣的一点是,当继电器的数量小于8,SPSR等于0.45达到停机值低于SPSR等于0.65。否则,当继电器的数量高于或等于8,SPSR等于0.45达到更高的价值比SPSR OP等于0.65。
图5说明了OP ODPSR SPSR与能量收获效率 与 , 和 。从图5,我们看到,有很好的协议之间的数学分析和数值结果。如这个图所示,当增加,OP减少因为收获能量传递能量收获效率成正比。此外,这可以解释其表达方程(5)和(8)。具体来说,越高值是,更大的目标就是可以获得数据速率。因此,可以提高故障性能。
图6显示了OP的函数 ,与 , 和 。如图6的价值,宕机的性能都有着重大影响。具体来说,价值越高更糟糕的是性能。这可以解释的价值就越高传输速率越大,需要解码成功接收到的信号在目的地。然而,接受率不变是由于有限的传输能量的来源。进一步,还观察到OP值收敛于一个饱和值时足够大,即 bps / Hz。
5。结论和未来的发展方向
这项工作提出了一种新的PSR SWIPT-enabled传递网络协议在DF-based瑞利衰落信道。系统模型包括一个源,多个继电器,从源代码和数据传输的一个目的地到目的地 。寻找最佳中继节点,我们提出了一个局部中继选择协议。根据提出的系统模型,我们得出故障概率的解析表达式SPSR和ODPSR方案。然后,我们调查了所有设计参数对系统性能的影响,利用蒙特卡罗模拟。数值结果表明,ODPSR更好而SPSR方案。这个工作在未来可以扩展考虑卫星通信,硬件损伤,或诺玛。另一个有前途的方向是考虑非线性能量收获模型或共同考虑的时间分配和PS比例可以提高性能的DF传送网络,这就需要许多挑战。
数据可用性
我们工作中没有可用的数据。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
作者的贡献
范围内的主要贡献Tran锡((电子邮件保护))执行绩效评估的理论分析和模拟,而表象Van-Duc ((电子邮件保护)Nguyen (x),(电子邮件保护),(电子邮件保护))和棕褐色n .阮((电子邮件保护))担任主管范围内Tran锡。酒吧欢迎阮和Dong-Si洲(),(电子邮件保护))帮助我们改善修订版本的手稿。
确认
工业大学的这项研究受到了胡志明市(IUH),越南,格兰特作品72号/ HD-DHCN之下。