本發(fā)明涉及無(wú)線自組網(wǎng)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及多種異構(gòu)衰落信道下的攜能傳輸多用戶調(diào)度技術(shù)。
背景技術(shù)：
：近年來(lái)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)成為現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)的重要分支，是面向通信的重要技術(shù)支撐。由于它不需要固定的基站，各個(gè)節(jié)點(diǎn)均可自由移動(dòng)，且能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的連接，加上其具有生存性極強(qiáng)，以及創(chuàng)建與移動(dòng)極為方便的特點(diǎn)，使之彌補(bǔ)了蜂窩系統(tǒng)與有線網(wǎng)絡(luò)的不足，在許多特殊情況下有著不可替代的作用。對(duì)于一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)景，依賴基礎(chǔ)設(shè)施的移動(dòng)通信技術(shù)無(wú)法勝任。因此，由電池供能的無(wú)線通信設(shè)備迅速發(fā)展，通過(guò)收集能量來(lái)延長(zhǎng)生存期的觀點(diǎn)引起了很多研究者的興趣。無(wú)線能量收集EH(EnergyHarvesting)對(duì)于能量有限的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)尤為重要，比如傳感器網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于這種網(wǎng)絡(luò)，更換設(shè)備電池的方式十分困難且昂貴，在一些特殊環(huán)境中，這種方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)。這便需求可持續(xù)的能量來(lái)源。然而，通用的可持續(xù)能量來(lái)源例如太陽(yáng)能和風(fēng)能對(duì)天氣的依賴程度較大，而且無(wú)法在室內(nèi)使用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的電池能量供給不足，從而嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)生存期問(wèn)題，從而提供多種異構(gòu)衰落信道下的攜能傳輸多用戶調(diào)度方法。第一種異構(gòu)衰落信道下的攜能傳輸多用戶調(diào)度方法，該方法是基于階數(shù)的SNR調(diào)度方法，該方法包括如下步驟：步驟一、利用公式：n*=argordern∈{1,...,N}hn]]>選取用于傳輸?shù)挠脩鬾*；其中：n為用戶序號(hào)，定義“argorder”為jth升冪，使得用戶在接收信息時(shí)具有jth升冪SNR，其中階數(shù)j取值為1到N之間的整數(shù)，N為信道中由電池供電的用戶終端的個(gè)數(shù)；h為AP向接收機(jī)傳輸時(shí)獲得的信道能量，hn為所有用戶的瞬時(shí)信道功率增益，且h(1)≤h(2)≤...≤h(N)，其中h(j)為jth最小信道功率增益；步驟二、計(jì)算獨(dú)立或非同分布信道中h(j)的概率密度函數(shù)步驟三、在選取用于傳輸?shù)挠脩鬾*中，對(duì)于給定階數(shù)j的用戶，計(jì)算該用戶的各態(tài)歷經(jīng)容量；步驟四、在選取用于傳輸?shù)挠脩鬾*中，計(jì)算用戶n收集的平均能量總值；步驟五、對(duì)用戶n收集的平均能量總值進(jìn)行調(diào)度。第二種異構(gòu)衰落信道下的攜能傳輸多用戶調(diào)度方法，該方法是基于階數(shù)的N-SNR調(diào)度方法，該方法包括如下步驟：步驟A1、利用公式：n*=argordern∈{1,...,N}hnΩn]]>選取用于傳輸?shù)挠脩鬾*；其中：n為用戶序號(hào)；h為AP向接收機(jī)傳輸時(shí)獲得的信道能量，hn為所有用戶的瞬時(shí)信道功率增益，且h(1)≤h(2)≤...≤h(N)，其中h(j)為jth最小信道功率增益；Ωn＝E[hn],表示從用戶n獲得的信道能量；步驟A2、計(jì)算得出隨機(jī)變量Xn的jth階數(shù)統(tǒng)計(jì)的概率密度函數(shù)步驟A3、在選取用于傳輸?shù)挠脩鬾*中，計(jì)算用戶n的各態(tài)歷經(jīng)容量；步驟A4、在選取用于傳輸?shù)挠脩鬾*中，計(jì)算用戶n的平均收集能量；步驟A5、對(duì)用戶n收集的平均能量總值進(jìn)行調(diào)度。第三種異構(gòu)衰落信道下的攜能傳輸多用戶調(diào)度方法，該方法是基于階數(shù)的ET(EqualThroughput)調(diào)度方法，該方法包括如下步驟：步驟B1、在時(shí)隙t內(nèi)，利用公式：n*=argminOUn∈Sarn(t-1)]]>選取用于傳輸?shù)挠脩鬾*；其中：n為用戶序號(hào)，參數(shù)當(dāng)用戶的N-SNR階數(shù)j屬于Sa時(shí)，為這些用戶分配最小信息傳輸量，參數(shù)為用戶n的N-SNR階數(shù)，rn(t-1)為用戶n在之前t-1個(gè)時(shí)隙中的平均傳輸量；步驟B2、在選取用于傳輸?shù)挠脩鬾*中，計(jì)算用戶n的平均容量；步驟B3、根據(jù)公式：pn=ΔPr(Un)=Pr(Un|OUn∈Sa)Pr(OUn∈Sa)=Pr(Un|OUn∈Sa)|Sa|N]]>確定用戶n的平均容量；其中：pn表示用戶n被調(diào)度的可能性；則用戶n的平均容量削減為：E[CUn]=N|Sα|Σj∈SaE[Cj,Un]|N-SNRpn=!r,∀n∈{1,...,N}]]>步驟B4、計(jì)算用戶n的平均容量和單個(gè)用戶的平均收集能量步驟B5、對(duì)用戶n收集的平均能量總值進(jìn)行調(diào)度。本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明提出了針對(duì)SWIPT系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)容量與用戶平均收集能量之間平衡的多用戶調(diào)度機(jī)制。本發(fā)明所提出的基于階數(shù)的N-SNR/ET調(diào)度機(jī)制可以保證用戶容量方面長(zhǎng)時(shí)間的比例公平/均等傳輸(ET有效的情況)。另外，基于階數(shù)的N-SNR調(diào)度機(jī)制和基于階數(shù)的ET調(diào)度機(jī)制都可以確保用戶收集能量方面的比例公平。本發(fā)明采用階數(shù)統(tǒng)計(jì)理論來(lái)分析了兩種方法下，單個(gè)用戶的各態(tài)歷經(jīng)容量和平均收集能量，并提出了獨(dú)立同分布Nakagami-m，Rician，Weibull和Rayleigh衰落信道封閉型表達(dá)式。另外，還給出了基于階數(shù)的ET調(diào)度機(jī)制中，對(duì)所有用戶實(shí)現(xiàn)均等傳輸?shù)臈l件。結(jié)果顯示，基于階數(shù)的SNR/N-SNR調(diào)度機(jī)制中，選取的階數(shù)越低，在各態(tài)歷經(jīng)系統(tǒng)容量降低的環(huán)境中，用戶收集的能量越高?；陔A數(shù)的ET調(diào)度機(jī)制中，Sa的階數(shù)越低，用戶收集的能量越高。因此，相比現(xiàn)有針對(duì)SWIPT系統(tǒng)的調(diào)度機(jī)制，本發(fā)明提出的多種異構(gòu)衰落信道下的攜能傳輸多用戶調(diào)度方案可以有效地控制傳輸過(guò)程中信息傳輸速率與收集能量之間的平衡關(guān)系，從而延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)存活期。附圖說(shuō)明圖1為具有時(shí)間交換接收器的多用戶SWIPT系統(tǒng)示意圖；圖2為基于階數(shù)的SNR、基于階數(shù)的N-SNR和RR調(diào)度機(jī)制，在N＝7，m＝3的獨(dú)立同分布Nakagami-m衰落信道中獲得的平均系統(tǒng)容量仿真效果示意圖；圖3為基于階數(shù)的SNR、基于階數(shù)的N-SNR和RR調(diào)度機(jī)制，在N＝7，m＝3的獨(dú)立同分布Nakagami-m衰落信道中獲得的總的收集能量效果仿真示意圖；圖4為基于階數(shù)的SNR調(diào)度機(jī)制在N＝7，m＝3的獨(dú)立同分布Nakagami-m衰落信道中獲得的單個(gè)用戶的平均系統(tǒng)容量效果仿真示意圖；圖5為基于階數(shù)的SNR調(diào)度機(jī)制在N＝7，m＝3的獨(dú)立同分布Nakagami-m衰落信道中獲得的單個(gè)用戶的收集能量效果仿真示意圖；圖6為基于階數(shù)的N-SNR調(diào)度機(jī)制，在用戶數(shù)N＝7，K＝6的Ricean衰落信道中的能量效率情況效果仿真示意圖；圖7為基于階數(shù)的ET調(diào)度機(jī)制，在用戶數(shù)N＝7，K＝6的Ricean衰落信道中的能量效率情況效果仿真示意圖；圖8為基于階數(shù)的N-SNR調(diào)度機(jī)制，在k＝1.5，用戶數(shù)隨著Ωn不斷變化的獨(dú)立同分布Weibull衰落信道中獲得的系統(tǒng)平均容量仿真示意圖；圖9為基于階數(shù)的N-SNR調(diào)度機(jī)制，在k＝1.5，用戶數(shù)隨著Ωn不斷變化的獨(dú)立同分布Weibull衰落信道中獲得的總體收集能量仿真示意圖；具體實(shí)施方式具體實(shí)施方式一、異構(gòu)衰落信道下的攜能傳輸多用戶調(diào)度方法，該方法是基于階數(shù)的SNR調(diào)度方法，該方法包括如下步驟：步驟一、利用公式：n*=argordern∈{1,...,N}hn---(1)]]>選取用于傳輸?shù)挠脩鬾*；其中：n為用戶序號(hào)，定義“argorder”為jth升冪，使得用戶在接收信息時(shí)具有jth升冪SNR，其中階數(shù)j取值為1到N之間的整數(shù)；h為AP向接收機(jī)傳輸時(shí)獲得的信道能量，hn為所有用戶的瞬時(shí)信道功率增益，且h(1)≤h(2)≤...≤h(N)，其中h(j)為jth最小信道功率增益；步驟二、計(jì)算獨(dú)立或非同分布信道中h(j)的概率密度函數(shù)步驟三、在選取用于傳輸?shù)挠脩鬾*中，對(duì)于給定階數(shù)j的用戶，計(jì)算該用戶的各態(tài)歷經(jīng)容量；步驟四、在選取用于傳輸?shù)挠脩鬾*中，計(jì)算用戶n收集的平均能量總值；步驟五、對(duì)用戶n收集的平均能量總值進(jìn)行調(diào)度。步驟二中，計(jì)算獨(dú)立或非同分布信道中h(j)的概率密度函數(shù)是根據(jù)公式：fh(j)=Σn=1NΣPnΠl=1j-1Fhil(x)fhn(x)Πl=jN-1(1-Fhil(x))---(2)]]>實(shí)現(xiàn)的；其中：和分別為表1中給出的用戶n在不同衰落模型下的信道功率增益概率密度函數(shù)和累積分布函數(shù)，表示對(duì)于i1<...<ij-1和ij<...<iN-1，(1,...,n-1,...n+1,...,N)的所有排序(i1,...,iN-1)的和；的含義與一致，實(shí)際上公式(2)中并沒(méi)有出現(xiàn)而是用進(jìn)行取代；表1表中：Rayleig，Ricean，Nakagami-m和Weibull為四種典型的衰落信道模型；Γ(m)為γ方程式，下一頁(yè)中有對(duì)γ方程式的具體說(shuō)明。；為(λn)m也是一個(gè)過(guò)渡參數(shù)；λn為一個(gè)過(guò)渡參數(shù)，在不同的衰落信道中取值不同，例如在Nakagami-m中其中Ωn為信號(hào)的平均功率；xm-1沒(méi)有特定含義，x為信號(hào)的瞬時(shí)功率；m為Nakagami-m衰落信道中的一個(gè)形狀參量，它是信道衰落程度的指標(biāo)，m越小，信道衰落程度越高；s為γ方程式中的參數(shù)，之所以用s是為了避免歧義，因?yàn)棣?x)表示在實(shí)數(shù)域取值，Γ(z)表示在復(fù)數(shù)域取值；Ωn＝E[hn],表示從用戶n獲得的信道能量；k為Weibull衰落信道的一個(gè)形狀參量；為與Γ(m)含義相同，也是γ方程式；K為Ricean衰落信道的形狀參量(Ricean因子)；I0為零階第一類的Bessel函數(shù)的變形；Q1為是一階MarcumQ函數(shù)，具體定義為βn為簡(jiǎn)化公式的一個(gè)過(guò)渡變量，沒(méi)有實(shí)際的意義，和μ(a)是非負(fù)參數(shù)；xμ'沒(méi)有具體意義，x為信號(hào)的瞬時(shí)功率，是一個(gè)參數(shù)。步驟三中，對(duì)于給定階數(shù)j的用戶，計(jì)算其各態(tài)歷經(jīng)容量如公式(3)所示：E[Cj,Un]=∫0∞log2(1+γ‾x)fhn(x)ΣPnΠl=1j-1Fhil(x)Πl=jN-1(1-Fhil(x))dx---(3)]]>其中，E[·]表示期望值，當(dāng)s為正的非整數(shù)時(shí)，γ函數(shù)Γ(s)定義為當(dāng)s為正整數(shù)時(shí)，Γ(s)＝(s-1)??；是一個(gè)整體，表示用戶實(shí)現(xiàn)的各態(tài)歷經(jīng)容量，其中j是階數(shù)，Un表示用戶n步驟四中，用戶n采集的平均能量總值如公式(4)所示：E[EHj,Un]=ηP∫0∞xfhn(x)(1-ΣPnΠl=1j-1Fhil(x)Πl=jN-1(1-Fhil(x)))dx---(4)]]>其中，η為無(wú)線電信號(hào)到直流電信號(hào)的轉(zhuǎn)化效率，取值為0到1；P為訪問(wèn)接入點(diǎn)的恒定傳輸功率。具體實(shí)施方式二、異構(gòu)衰落信道下的攜能傳輸多用戶調(diào)度方法，該方法是基于階數(shù)的N-SNR調(diào)度方法，該方法包括如下步驟：步驟A1、利用公式：n*=argordern∈{1,...N}hnΩn]]>選取用于傳輸?shù)挠脩鬾*；其中：n為用戶序號(hào)，N為信道中由電池供電的用戶終端的個(gè)數(shù)；h為AP向接收機(jī)傳輸時(shí)獲得的信道能量，hn為所有用戶的瞬時(shí)信道功率增益，且h(1)≤h(2)≤...≤h(N)，其中h(j)為jth最小信道功率增益；Ωn＝E[hn],表示從用戶n獲得的信道能量；步驟A2、計(jì)算得出隨機(jī)變量Xn的jth階數(shù)統(tǒng)計(jì)的概率密度函數(shù)步驟A3、在選取用于傳輸?shù)挠脩鬾*中，計(jì)算用戶n的各態(tài)歷經(jīng)容量；步驟A4、在選取用于傳輸?shù)挠脩鬾*中，計(jì)算用戶n的平均收集能量；步驟A5、對(duì)用戶n收集的平均能量總值進(jìn)行調(diào)度。步驟A2中，隨機(jī)變量Xn的jth階數(shù)統(tǒng)計(jì)的概率密度函數(shù)表示為：fX(j)(x)=NN-1j-1fX(x)[FX(x)]j-1[1-FX(x)]N-j---(5)]]>其中：設(shè)所有用戶所處的信道具有相同的形狀參數(shù)，變量Xn獨(dú)立同分布，且概率密度函數(shù)fX(x)和累積分布函數(shù)FX(x)由表1中的和來(lái)定義，其中Ωn＝1；表1步驟A3中，用戶n的各態(tài)歷經(jīng)容量為：E[Cj,Un]=1N∫0∞log2(1+γ‾nx)fX(j)(x)dx---(6)]]>其中，為用戶n的平均信噪比，表示用戶n所處的歸一化信道具有jth階的概率；步驟A4中用戶n的平均采集能量為：E[EHj,Un]=ηPΩn∫0∞x(fX(x)-1NfX(j)(x))dx=ηPΩn[1-E[X(j)]N]---(7)]]>其中，具體實(shí)施方式三、異構(gòu)衰落信道下的攜能傳輸多用戶調(diào)度方法，該方法是基于階數(shù)的ET調(diào)度方法，該方法包括如下步驟：步驟B1、在時(shí)隙t內(nèi)，利用公式：n*=argminOUn∈Sarn(t-1)]]>選取用于傳輸?shù)挠脩鬾*；其中：n為用戶序號(hào)，參數(shù)當(dāng)用戶的N-SNR階數(shù)j屬于Sa時(shí)，為這些用戶分配最小信息傳輸量，參數(shù)為用戶n的N-SNR階數(shù)，rn(t-1)為用戶n在之前t-1個(gè)時(shí)隙中的平均傳輸量；步驟B2、在選取用于傳輸?shù)挠脩鬾*中，計(jì)算用戶n的平均容量；步驟B3、根據(jù)公式：pn=ΔPr(Un)=Pr(Un|OUn∈Sa)Pr(OUn∈Sa)=Pr(Un|OUn∈Sa)|Sa|N]]>確定用戶n的平均容量；其中：pn表示用戶n被調(diào)度的可能性；則用戶n的平均容量削減為：E[CUn]=N|Sa|Σj∈SaE[Cj,Un]|N-SNRpn=!r,∀n∈{1,...,N}]]>步驟B4、計(jì)算用戶n的平均容量和單個(gè)用戶的平均收集能量步驟B5、對(duì)用戶n收集的平均能量總值進(jìn)行調(diào)度。步驟B2中，用戶n的平均容量為：E[CUn]-E[CUn|OUn∈Sa]×Pr(OUn∈Sa)---(8)]]>令用戶n的平均容量減為：E[CUn]=|Sa|N∫0∞log2(1+γ‾nx)(1|Sa|Σj∈SafX(j)(x))dx×Pr(Un|OUn∈Sa)=Σj∈SaE[Cj,Un]|N-SNRPr(Un|OUn∈Sa)---(9)]]>其中，是用戶歸一化信道階數(shù)為j時(shí)的似然函數(shù)，j∈Sa，并且用戶n進(jìn)行傳輸調(diào)度任務(wù)的概率為為用戶n在基于階數(shù)的N-SNR調(diào)度機(jī)制下能夠?qū)崿F(xiàn)的平均容量。步驟B4中，用戶n在信道中進(jìn)行傳輸?shù)母怕时磉_(dá)式為：pn=r/(N|Sa|Σj∈SaE[Cj,Un]|N-SNR)---(10)]]>由于始終成立，均等傳輸量r削減為：r=11NΣn=1N11|Sa|Σj∈SaE[Cj,Un]|N-SNR---(11)]]>則信道滿足用戶n與其他活躍用戶實(shí)現(xiàn)均等傳輸?shù)母怕蕿椋簆n=(Σi=1NΣj∈SaE[Cj,Un]|N-SNRΣj∈SaE[Cj,Ui]|N-SNR),∀n∈{1,...,N}---(12).]]>對(duì)于基于階數(shù)的ET調(diào)度方法，若|Sa|>1，基于階數(shù)的ET調(diào)度機(jī)制當(dāng)且僅當(dāng)滿足以下條件時(shí)才成立：pn≤|Sa|N,∀n∈{1,...,N},Σl=1Lpnl≤N-1|Sa|-1L+|L|Sa|(1-|Sa|)N|Sa|,∀(n1,...,nL)∈CL,∀L=|Sa|,...,N,---(13)]]>其中：CL為所有(n1,...,nL)的組合，其中n∈{1,...,N}，L＝|Sa|,...,N；當(dāng)時(shí)，第二條可行的環(huán)境條件對(duì)L＝N始終成立；|Sa|＝N時(shí)，當(dāng)?shù)谝粭l環(huán)境條件滿足pn≤1且第二條滿足L＝N時(shí)，ET始終成立；當(dāng)|Sa|＝1時(shí)，調(diào)度機(jī)制變成基于階數(shù)的N-SNR調(diào)度機(jī)制，，可以使信道環(huán)境不同的用戶保持比例公平，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)ET。大多數(shù)實(shí)際方案中，基于階數(shù)的ET調(diào)度算法可以實(shí)現(xiàn)ET。ET不可實(shí)現(xiàn)時(shí)，用戶平均信道增益相差多個(gè)數(shù)量級(jí)。例如，Rayleigh衰落信道下，4個(gè)用戶的方案，其中，用戶的信道增益Ωn分別為1，1，10-10，10-10，當(dāng)所需調(diào)度概率集合pn＝{0.0884,0.0884,0.4116,0.4116}滿足定理1中的環(huán)境條件時(shí)，Sa＝{3,4}為ET的可行條件。相比之下，若將上述方案中用戶信道增益改為1，1，10-11，10-11時(shí)，ET不可行，這是因?yàn)榇藭r(shí)所需的調(diào)度概率集合pn＝{0.0603,0.0603,0.4397,0.4397}不滿足定理1中第二條環(huán)境條件。接下來(lái)對(duì)單個(gè)用戶的平均收集能量進(jìn)行分析。定義參數(shù)為集合Sa關(guān)于集合{1,...,N}的補(bǔ)充，用戶n的平均收集能量為：E[EHUn]=E[EHUn|OUn∈SaC]×Pr(OUn∈SaC)+E[EHUn|OUn∈Sa]×Pr(OUn∈Sa)=ηPΩn[∫0∞x1|SaC|Σj∈SaCfX(j)(x)dx×|SaC|N+∫0∞x1|Sa|Σj∈SafX(j)(x)(1-pnN|Sa|)dx×|Sa|N]=ηPΩn[1NΣj=1NE[X(j)]-pn|Sa|Σj∈SaE[X(j)]=ηPΩn[1-pn|Sa|Σj∈SaE[X(j)]]]---(14)]]>其中，N-SNR階數(shù)在集合內(nèi)的用戶，必然收集能量；N-SNR階數(shù)在集合Sa內(nèi)的用戶，只有當(dāng)它們不傳輸信息時(shí)才可以收集能量。本發(fā)明提出了一種多種異構(gòu)衰落信道下的攜能傳輸多用戶調(diào)度方案。多用戶調(diào)度機(jī)制可以拓展MUD(Multi-userDiversity)并保持容量與信道質(zhì)量長(zhǎng)時(shí)間處于平衡狀態(tài)，但這一機(jī)制在SWIPT(SimultaneousWirelessInformationandPowerTransfer)中還未實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明中，我們將對(duì)傳統(tǒng)的調(diào)度機(jī)制進(jìn)行修改，提出一種新的框架來(lái)實(shí)現(xiàn)SWIPT中的多用戶調(diào)度，以控制傳輸過(guò)程中信息傳輸速率與收集能量之間的平衡關(guān)系，從而有效地延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)存活期。同時(shí)，多種異構(gòu)衰落信道下的攜能傳輸多用戶調(diào)度方案可以使無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命延長(zhǎng)，信息傳輸?shù)恼w穩(wěn)定性增強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)的性能大幅提高。以下用具體的仿真試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明的效果：利用本發(fā)明進(jìn)行仿真，同時(shí)對(duì)比傳統(tǒng)調(diào)度方案的信息傳輸速率與收集能量之間的平衡關(guān)系；本發(fā)明所提出的調(diào)度方案在ISM頻段運(yùn)行的室內(nèi)環(huán)境中進(jìn)行了模擬，即915MHz的中心頻率(0.328米的波長(zhǎng))和26MHz的帶寬。由此產(chǎn)生的所有用戶接收器的噪聲功率為σ2＝-96dBm。采用室內(nèi)路徑損耗模型的情況下，AP和UTs是在同一層(即，使用2.76的路徑損耗指數(shù)。假設(shè)一個(gè)AP發(fā)送P＝1W的功率，在AP處為10dBi的天線增益和在UTs處為2dBi的天線增益，以及η＝0.5的RF-to-DC轉(zhuǎn)換效率。首先，考慮具有N＝7個(gè)用戶的系統(tǒng)，用戶的平均信道功率增益Ωn＝n×10-5,n＝1,...,7，其對(duì)應(yīng)于2.27米至4.6米的AP-UT距離范圍；圖中的“simulated”表示實(shí)際仿真結(jié)果，“closed-form”表示理論分析結(jié)果；一個(gè)時(shí)隙SWIPT系統(tǒng)，該系統(tǒng)中有一個(gè)固定電源供電的接入口(AP)和N個(gè)由電池供電的用戶終端(UTs)。圖2和圖3為基于階數(shù)的SNR、基于階數(shù)的N-SNR和RR調(diào)度機(jī)制，在N＝7，m＝3的獨(dú)立同分布Nakagami-m衰落信道中獲得的平均系統(tǒng)容量和總的收集能量對(duì)比效果圖。其中RR(RoundRobin)是一種傳統(tǒng)的調(diào)度機(jī)制，RR調(diào)度依次地授予通道給用戶，AP并不需要知道不同用戶的信道增益；如圖2和圖3所示，對(duì)于基于階數(shù)的N-SNR方案，當(dāng)階數(shù)j從N減少到1時(shí)，系統(tǒng)中的平均收集能量則增加了45.98％。因此，參數(shù)j可以用于控制速率與能量的權(quán)衡。此外，可以觀察到，對(duì)于j＝N，以犧牲較少的系統(tǒng)能量收集量為代價(jià)，基于階數(shù)的SNR調(diào)度的系統(tǒng)容量高于基于階數(shù)的N-SNR。對(duì)于j＝1時(shí)，情況與之相反。對(duì)于中階j＝4，基于階數(shù)的兩種方案的性能接近于不注重于能量傳輸和信息傳輸?shù)腞R調(diào)度。圖4和圖5為基于階數(shù)的SNR調(diào)度機(jī)制在N＝7，m＝3的獨(dú)立同分布Nakagami-m衰落信道中獲得的單個(gè)用戶的平均系統(tǒng)容量和收集能量對(duì)比效果圖；如圖4和圖5所示，對(duì)于任何階數(shù)j，基于階數(shù)的SNR調(diào)度無(wú)法為不同信道條件的用戶提供公平性。對(duì)于假定的Ωn＝n×10-5,n＝1,...,7，和j的選擇階數(shù)，第jth階Ωn用戶達(dá)到所有用戶的最高容量。同樣地，用戶的能量收集量取決于用戶多長(zhǎng)時(shí)間被挑選一次，以及當(dāng)用戶未被選取時(shí)，它能收集多少能量。圖6和圖7為基于階數(shù)的N-SNR，RR和基于階數(shù)的ET調(diào)度機(jī)制，在用戶數(shù)N＝7，K＝6的Ricean衰落信道中的能量效率情況對(duì)比效果圖；如圖6所示，基于階數(shù)的N-SNR和RR調(diào)度方案都可實(shí)現(xiàn)就各態(tài)歷經(jīng)容量和收集能量的平均量而言的比例公平，因?yàn)樵谙嗤瑪?shù)量的時(shí)隙，所有的用戶都被平均調(diào)度。此外，RR方案被示為執(zhí)行局部的基于階數(shù)的N-SNR曲線。這個(gè)結(jié)果是意料之中的，因?yàn)镽R方案既不注重能量的傳遞，也不注重信息的傳遞。另外，對(duì)于基于階數(shù)的N-SNR方案，通過(guò)從N到1依次降低j，我們可以允許用戶以減少其遍歷能量為代價(jià)收集更多的能量。例如，對(duì)于最佳信道用戶，從N到1依次降低j導(dǎo)致容量減少了7.94％，收集的能量增加了26.1％。因此，j可以根據(jù)用戶的要求來(lái)選擇。如圖7所示，基于階數(shù)的ET調(diào)度方案被示為所有用戶提供的ET，因此對(duì)于所有考慮的集合Sa，ET是可行的，所有結(jié)論都可以通過(guò)定理1被驗(yàn)證。此外，平均收集能量正比于用戶的信道條件。據(jù)觀察，對(duì)于相同的|Sa|，在Sa中得到的允許階數(shù)越低，所有用戶以降低ET為代價(jià)的平均收集能量越高。因此，設(shè)置Sa＝{1,2}和Sa＝{N-1,N}，如果可行，則提供這樣一個(gè)折中的極端范圍。特別地，從Sa＝{6,7}變化到Sa＝{1,2}，在ET中以6.33％的損失量使得最優(yōu)和最差信道用戶的收集能量分別增加了18.6％和21％。圖8和圖9為基于階數(shù)的N-SNR調(diào)度機(jī)制，在k＝1.5，用戶數(shù)隨著Ωn不斷變化的獨(dú)立同分布Weibull衰落信道中獲得的系統(tǒng)平局容量以及總體收集能量對(duì)比效果圖。如圖9所示，對(duì)于任何階數(shù)j，總平均收集能量隨著用戶數(shù)量的增加而增加，具有更多的用戶意味著收集更多的外界RF能量。但是，用戶數(shù)量對(duì)系統(tǒng)容量的影響取決于階數(shù)j。要理解這種影響，考慮極端階數(shù)j＝1和j＝N，對(duì)于j＝N，更多的用戶意味著獲得較大的N-SNR最大值的概率更高，因而可得到較高的平均容量(MUD增益)。然而，對(duì)于j＝1，更多的用戶意味著獲得較小的N-SNR最小值的概率更高，因此，可得到較低的平均容量(MUD損失)。對(duì)于中等階數(shù)(例如，)，當(dāng)N≥8時(shí)，在各態(tài)歷經(jīng)系統(tǒng)容量中幾乎沒(méi)有任何增益或損失。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3