《能量收集增強(qiáng)型無人機(jī)中繼輔助傳輸設(shè)計(jì)》論文發(fā)表期刊：《計(jì)算機(jī)仿真》；發(fā)表周期：2020年11期

《能量收集增強(qiáng)型無人機(jī)中繼輔助傳輸設(shè)計(jì)》論文作者信息：[作者簡(jiǎn)介]李玉琦（1993-），男（漢族），河南洛陽人，碩士研究生，主要研究領(lǐng)域?yàn)橹欣^協(xié)同通信，UAV輔助通信：翼保峰（1985-），男（漢族），河南洛陽人，博士，副教授，碩士研究生導(dǎo)師，主要研究領(lǐng)域?yàn)楦蓴_管理中繼協(xié)同、毫米波MIMO；高宏峰（1966-），女（漢族），河南洛陽人，博士，教授，碩士研究生導(dǎo)師，主要研究領(lǐng)域?yàn)榫幋a理論、通信信號(hào)處理、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等：文紅（1969-），女（漢族），四川成都人，博士，教授，博士研究生導(dǎo)師，主要研究領(lǐng)域?yàn)橥ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、無線通信物理層安全技術(shù)、天地一體化網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、云計(jì)算及邊緣計(jì)算安全技術(shù)、無線通信可靠技術(shù)等.

　　摘要：針對(duì)無人機(jī)(Unmanned Aerial Vehicles，UAV)中縫輔助通信系統(tǒng)中，源和目的節(jié)點(diǎn)之間的信息傳輸由于大尺度衰落等原因故需要無人機(jī)作為中繼進(jìn)行輔助完成，其中無人機(jī)中繼采用時(shí)間切換和功率分配的方式進(jìn)行能量收集(Energy Harves-ting，EH)，且利用最大化系統(tǒng)鏈路信噪比的無人機(jī)中繼選擇策略。利用概率密度函數(shù)分析法推導(dǎo)了終端在收到無人機(jī)中繼傳輸?shù)男畔⒑螅�受到環(huán)境中聚合干擾情況下，系統(tǒng)的中斷概率閉合表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上利用Q函數(shù)得到了系統(tǒng)的誤碼率。此外分析了終端在受到聚合干擾以及延遲受限狀態(tài)下系統(tǒng)的中斷概率和吞吐量。結(jié)果表明所提出的比例因子、發(fā)射功率和無人機(jī)中繼選擇的多參數(shù)聯(lián)合優(yōu)化可有效提升系統(tǒng)的吞吐量并降低系統(tǒng)的中斷概率和誤碼率。仿真驗(yàn)證了所提方案的有效性和理論分析的正確性，聯(lián)合優(yōu)化方案可以有效地提升系統(tǒng)性能.

　　關(guān)鍵詞：無人機(jī)：能量收集：方案設(shè)計(jì)：聚合干擾

　　ABSTRACT: Due to large-scale fading in UAV relay assisted communication system, the infomation transmission between the source node and the destination node needed UAV as a relav. UAV relay adopted the time switch and power allocation to complete the energy harvesting (EH). Moreover, the relay selection strategy of maximizing the signal-to-noise ratio of UAV system link and the probability density function analysis method were used to derive the closed expression of outage probability with the aggregated interference in environment when the terminal received the information sent by UAV relav. On this basis, the bit error rate of system was obtained by Q function. In addition the outage probability and throughput of the system under the aggregated interference and delay limitation were ana-Ivzed. The results show that the proposed multi-parameter joint optimization based on scaling factor, transmit power and UAV relay selection can effectively improve the system throughput and reduce the outage probability and bit error rate. Simulation experiments verify the effectiveness of the proposed scheme and the correctness of theoretical analvsis. Therefore, the joint optimization can effectively improve the system performance.

　　KEYWORDS: Unmanned aerial vehicles (UAV) ; Energy harvesting (EN); Scheme design; Aggregated interference

　　1引言

　　隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展以及無人機(jī)制造技術(shù)的持續(xù)革新，使得無人機(jī)設(shè)備小型化和成本不斷降低，因此許多新型無人機(jī)應(yīng)用在民用領(lǐng)域出現(xiàn)，包括天氣監(jiān)測(cè)、森林防火、無人機(jī)物流、應(yīng)急搜救等，無人機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用勢(shì)必需更加深入研究無人機(jī)通信".

　　現(xiàn)階段無人機(jī)通信已被作為5G通信的重要組成部分，早期的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)由于其技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)人與人之間的互聯(lián)，5G網(wǎng)絡(luò)將擴(kuò)展為“人”到“物”互聯(lián)的3D立體覆蓋，并且5G網(wǎng)絡(luò)預(yù)期可實(shí)現(xiàn)10 Ghps以上的吞吐量傳輸，超高密度的設(shè)備連接以及毫秒級(jí)傳輸時(shí)延等[。由于城市熱點(diǎn)地區(qū)蜂窩基站等建設(shè)非常困難，因此諸多核心問題的解決亟需無人機(jī)中繼輔助通信的實(shí)現(xiàn)。無人機(jī)通信具有很多優(yōu)勢(shì)，例如其方便的部署和更低的成本使得低空無人機(jī)系統(tǒng)比地面通信系統(tǒng)和高空平臺(tái)更加靈活，此外，低空無人機(jī)通信可以減少建筑物、山脈等障礙物的遮擋，可獲得更高的直達(dá)徑傳輸效果1。然而，無人機(jī)是電池供電終端，其續(xù)航和耗電是其本身需解決的關(guān)鍵問題，通常情況下無人機(jī)使用時(shí)其設(shè)備的電池難以直接更換，直接決定了無人機(jī)的工作時(shí)長(zhǎng)。因此，本文采用無人機(jī)中繼輔助的能量收集和信息傳輸技術(shù)，不僅可提升無人機(jī)通信系統(tǒng)的壽命，而且可降低系統(tǒng)維護(hù)成本并減少電池使用量[

　　由于實(shí)際的無人機(jī)電路系統(tǒng)很難做到同時(shí)實(shí)現(xiàn)能量收

　　集和信息處理[5.4。因此，本文使用了無人機(jī)是時(shí)間切換

　　(Time Switching，Ts)和功率分裂(Power Splitting，PS)兩種方案，前者通過時(shí)隙劃分，一部分時(shí)隙用于能量收集，另一部分用于信息處理[：后者則是將功率分為兩部分，一部分用于能量采集，另一部分用于信息處理。采用上述兩種方案可實(shí)現(xiàn)無人機(jī)利用相同天線進(jìn)行能量收集和信息處理。早期的能量收集技術(shù)多才有太陽能、風(fēng)能等，隨著技術(shù)

　　發(fā)展RF能量收集技術(shù)受到了學(xué)者們廣泛的關(guān)注。RF能量收集的研究大多關(guān)注于傳統(tǒng)的兩跳網(wǎng)絡(luò)，Min Dong等研究了基于具有能量收集功能的兩跳放大轉(zhuǎn)發(fā)(Amplify and For-

　　ward，AF)中繼網(wǎng)絡(luò)，通過對(duì)信源和中繼的聯(lián)合功率控制與分配，瑞利衰落信道下延遲約束的平均速率最大化.A.

　　Nasir等研究了能量收集中繼放大轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)，在延遲受限和延遲容忍傳輸情況下系統(tǒng)的中斷概率及系統(tǒng)容量[10.Zhiguo Ding等分析了一種多源到目的節(jié)點(diǎn)中繼能量收集的傳輸方式11 0.BadfengJi等研究了一種能量收集AF中繼向下行兩信宿分別傳輸能量和信息的兩跳模型系統(tǒng)性能[12對(duì)于無人機(jī)中繼引入RF能量收集已存在很多研究。

　　Meng Hua等研究AF無人機(jī)中繼網(wǎng)絡(luò)，基站對(duì)無人機(jī)同時(shí)無線信息和能量傳輸(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer，SWIPT)，聯(lián)合多參量使吞吐量最大化[1

　　Lifeng Xie等研究了一種UAV上行傳輸能量收集系統(tǒng)，UAV使用無線功率傳輸向用戶充電，用戶使用收集能量后向UAV發(fā)送信息[14.Sixing Yin等研究了一種典型的單源雙目標(biāo)系統(tǒng)，基站對(duì)無人機(jī)SWIPT，聯(lián)合多參量使吞吐量最大化1。

　　Weidang Lu等提出了一種基于正交頻分多址(OFDM)中繼無線功率傳輸?shù)哪芰考s束無人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議[.Sising Yin等主要研究了一種能量約束無人機(jī)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)作為所有用戶通過合作通信提高上行速率的中繼。

　　由于未來無線通信的超密集部署使得終端所受到的干擾十分嚴(yán)重，因此，本文利用無人機(jī)的移動(dòng)性和多無人機(jī)中繼的輔助通信來完成信源與終端之間的信息傳輸，為提高無人機(jī)中繼輔助通信系統(tǒng)的性能，本文提出了機(jī)會(huì)無人機(jī)中繼選擇和部分無人機(jī)中繼選擇兩種選擇方案。在該無人機(jī)中繼輔助通信系統(tǒng)中，能量收集分別采用TS和PS兩種協(xié)議方案，分析計(jì)算最優(yōu)的比例因子以達(dá)到最大吞吐量性能。

　　本文主要貢獻(xiàn)如下：

　　1)提出了TS和PS協(xié)議下基于能量收集的DF中繼選擇網(wǎng)絡(luò)中，無人機(jī)中繼輔助的能量收集和信息傳輸方案;

　　2)推導(dǎo)了Nagamai-m衰落信道下，無人機(jī)中繼輔助通信系統(tǒng)終端在受到聚合干擾情況下的中斷概率、誤碼率的閉合表達(dá)式：

　　3)通過推導(dǎo)的中斷概率、誤碼率等分析結(jié)果，利用比例因子和信源節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率及無人機(jī)中繼選擇的聯(lián)合優(yōu)化，推導(dǎo)了無人機(jī)中繼輔助系統(tǒng)終端受到聚合干擾時(shí)的系統(tǒng)吞吐量。

　　2系統(tǒng)模型

　　本文考慮兩跳單向能量收集的無人機(jī)中繼選擇輔助通信模型(如圖1所示)，其中通過多個(gè)無人機(jī)之間選擇最優(yōu)中繼進(jìn)行譯碼轉(zhuǎn)發(fā)。該系統(tǒng)由信源節(jié)點(diǎn)S、多個(gè)無人機(jī)中繼節(jié)點(diǎn)(標(biāo)記為1，2，)和終端節(jié)點(diǎn)組成。由于障礙物等阻擋致使信源節(jié)點(diǎn)無法直接和終端節(jié)點(diǎn)通信，需要無人機(jī)中繼實(shí)現(xiàn)輔助通信，其中傳輸過程分為三個(gè)階段，第一階段，信源節(jié)點(diǎn)s向被選中的無人機(jī)中繼節(jié)點(diǎn)R，發(fā)送信號(hào)s，信源節(jié)點(diǎn)s與所選無人機(jī)中繼之間的信道為h，;第二階段，無人機(jī)中繼通過信源的發(fā)送信號(hào)進(jìn)行能量收集并進(jìn)行譯碼轉(zhuǎn)發(fā)，其中能量收集和譯碼轉(zhuǎn)發(fā)階段分為TS和PS兩種方案，無人機(jī)中繼R，將信號(hào)s轉(zhuǎn)發(fā)給終端節(jié)點(diǎn)D，被選中無人機(jī)中繼與終端節(jié)點(diǎn)之間的信道為g;第三階段，終端節(jié)點(diǎn)對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行譯碼和接收。假設(shè)信道為準(zhǔn)靜態(tài)塊衰落，信道h，和g服從于統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的Nakagami-m分布。

　　假定每個(gè)無人機(jī)中繼鏈路間的信號(hào)傳輸是獨(dú)立同分布的，而終端節(jié)點(diǎn)受到來自環(huán)境多網(wǎng)絡(luò)覆蓋下的聚合干擾，假定終端節(jié)點(diǎn)上接收到的第i個(gè)干擾的功率為Pi，i為整數(shù)，范圍為[1，M]。信道衰落增益等于pi，且服從Nakagami-m分布。

　　3基于能量收集的無人機(jī)中繼輔助通信協(xié)議為了解決無人機(jī)中繼能量收集和信息傳輸?shù)膯栴}，提出了無人機(jī)中繼輔助通信系統(tǒng)的時(shí)間分配和功率分配協(xié)議。

　　下面闡述分析TS和PS方案的無人機(jī)中繼通信過程。

　　3.1 TS方案

　　TS方案根據(jù)時(shí)間間隔將能量收集和信息處理分為三個(gè)部分，其TS協(xié)議的時(shí)間分配如圖2所示。T是用于能量收集和信息處理的總時(shí)間，在整個(gè)時(shí)間塊T中，首先，無人機(jī)中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行能量收集的持續(xù)時(shí)間為aT，其中a為協(xié)議中時(shí)間劃分比例因子，取值范圍為0ka<1，剩下(1-a)T時(shí)間則用于信息處理，傳輸過程中獲取的能量全部用于將信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給終端節(jié)點(diǎn)D.

　　TS方案無人機(jī)中繼時(shí)間分配方案如圖3所示。信源節(jié)點(diǎn)S向被選中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)s，則無人機(jī)中繼接收信號(hào)可表示為

　　y，=Phis+ nn

　　(1)

　　其中PS為信源節(jié)點(diǎn)S的發(fā)射功率，n，為信源和無人機(jī)中繼信道的加性高斯白噪聲，且服從n，~(0，02)。

　　因此，可獲得無人機(jī)中繼的信噪比為Ya，Il，IP o

　　(2)

　　且無人機(jī)中繼收集的能量為

　　Eh =nyP.Ilb，lFar

　　(3)

　　其中 是能量轉(zhuǎn)換效率，無人機(jī)中繼傳輸信號(hào)到終端節(jié)點(diǎn)的傳輸時(shí)間為(1-a)T2，因此無人機(jī)中繼的傳輸功率是r，-T-a)T-1-aT

　　，=

　　Eh_7P.Ils，lParT

　　(4)

　　由于終端節(jié)點(diǎn)受到環(huán)境中密集覆蓋網(wǎng)絡(luò)的聚合干擾的影響，因此，終端節(jié)點(diǎn)接收信號(hào)可表示為

　　=FBtn

　　(5)

　　s’為無人機(jī)中繼譯碼后的信號(hào)，ndj 為第 j 無人機(jī)中繼與終端節(jié)點(diǎn)之間的AWGN，其中P，是第i個(gè)干擾的發(fā)射功率，B是第i個(gè)干擾發(fā)射機(jī)與終端節(jié)點(diǎn)的信道，M為干擾數(shù)。x是第i個(gè)干擾的發(fā)射信號(hào)，可得終端節(jié)點(diǎn)處的信噪比為P，Ilsg，IP YepP Ile，IP + o2

　　(6)

　　3.2 PS方案

　　不同于TS方案，PS方案主要分為兩步。第一步，信源節(jié)點(diǎn)S向被選無人機(jī)中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號(hào)，在此過程中，能量則按功率分割方式分為兩部分，0Ps用于無人機(jī)中繼能量收集，而(1-6)Ps則用于信源節(jié)點(diǎn)向所選無人機(jī)中繼發(fā)送信息，其中0表示比例因子，取值范圍為0

　　圖4描述了用于無人機(jī)中繼能量收集的示意圖。

　　PS方案無人機(jī)中繼功率分配方案如圖5所示，可得無人機(jī)中繼接收信號(hào)為

　　y，=(1-6)Phs +n

　　(7)

　　因此，通過式(7)可知無人機(jī)中繼端接收的信噪比為Ysng

　　(1-8)P，Il，F(xiàn)

　　0

　　(8)

　　由于PS方案中繼節(jié)點(diǎn)的能量收集時(shí)間為T/2，因此中繼所收集的能量為

　　EhsP，Ib，P eor

　　(9)

　　2能量收集過程持續(xù)時(shí)間為T2，由于式(9)可得無人機(jī)中繼的發(fā)射功率為

　　P，=點(diǎn)

　　1 =mP.Ih，lFee終端節(jié)點(diǎn)接收的信號(hào)為

　　yd=Fg+ EFB+nt

　　(10)(11)

　　所以終端節(jié)點(diǎn)的SINR是

　　P.Ils，IPYp“l. oro

　　(12)

　　4性能分析

　　本部分對(duì)所提出的無人機(jī)中繼輔助通信方案進(jìn)行了性能分析，推導(dǎo)其中斷概率和誤碼率的表達(dá)式.

　　4.1 無人機(jī)中繼輔助通信的中斷概率由于存在多個(gè)無人機(jī)中繼，因此，本文通過選擇最優(yōu)無人機(jī)中繼進(jìn)行輔助通信，所采用的選擇準(zhǔn)則是信噪比最大化，假定被選無人機(jī)中繼為R，則選擇準(zhǔn)則即為SN，= mas(yrp)

　　(13)

　　當(dāng)用戶獲得的信噪比小于設(shè)定傳輸閾值時(shí)，則無人機(jī)中繼輔助通信傳輸中斷，因此，當(dāng)傳輸閾值為Ya時(shí)，則終端節(jié)點(diǎn)的中斷概率可推導(dǎo)如下

　　Pa = PSN R，Yal P，Ils，IF epr(max +'a(14)

　　-Пи

　　P.lleg，IF EP B.P +o

　　由于信道范數(shù)平方lle，P服從gamma分布，則其概率密度函數(shù)表達(dá)式可表示為0

　　fr，lle()et B"r(a)

　　其中式(15a)中的參數(shù)分別如下

　　(15a)

　　其中式(15a)中的參數(shù)分別如下r(a)=(c-at

　　(15b)

　　a=oagA.6)

　　B=甲

　　(15c)(15d)

　　r(.)表示Gamma函數(shù).0a是陰影傳播參數(shù)，可用分貝表示.P，是節(jié)點(diǎn)接收信號(hào)的平均功率(z由于在高信噪比下噪聲與干擾相比其影響可忽略不計(jì)，因此假定噪聲方差為0.終端信噪比分母部分的聚合干擾1d的概率密度函數(shù)為Qa A-1 e fu(y)=

　　(16)

　　M是終端節(jié)點(diǎn)D的干擾數(shù)，2是平均干擾信號(hào)的總信噪比，其表達(dá)式為

　　(r(м +))a

　　(17)

　　其中P.為干擾信號(hào)的平均功率.

　　因此，根據(jù)式(15)和式(16)可推導(dǎo)得系統(tǒng)終端節(jié)點(diǎn)的概率密度函數(shù)表達(dá)式為(c2 ={()()

　　j意

　　.(ay)-e-

　　n"r(M)BГa)dy

　　2-1.(+).T(M + a)

　　Q"T(M)B"T(a)

　　(18)

　　從而通過一些推導(dǎo)和計(jì)算，可獲得終端節(jié)點(diǎn)D在受到聚合干擾時(shí)的中斷概率為

　　Pa=(lscyP.B.IP

　　-1.0"r(M +a)

　　M-a

　　-1"1"(M Pr(a)

　　B

　　=[uya".F(M + arail + a：-

　　(19)

　　F(M+a)Q"

　　其中(=r(M)(B)"Tla+1，所以無人機(jī)中繼輔助通信系統(tǒng)的中斷概率是：Pa=1-(1-P)(1-P)

　　(20)

　　Pa為系統(tǒng)第一跳中斷概率，假設(shè)其值與比例因子相同.

　　4.2 無人機(jī)中繼輔助通信的誤碼率在此基礎(chǔ)上，可由中斷概率即式(19)推導(dǎo)獲得終端受聚合干擾時(shí)的誤碼率如下

　　PE =EQ()}

　　F(M +a，a:l +a-

　　凸a

　　(21)

　　其中超幾何函數(shù)的公式可以表示為

　　[2，(M + arail a：-)

　　-[2.14))，(-"(2)

　　M+a)，(a TT其中(.)，是階乘冪(Pochhammer)，定義為

　　(g)：=q(q+ 1)…(g+k-1)=Dq +4)(22b)

　　Tg)

　　因此，將式(22a)代入式(21)可得到誤碼率

　　PER = EtQ(Vy)}

　　-..t，.a)

　　(1+a)(-2)“

　　IA.d

　　=112：(Mta)，(a)g21

　　(1 +a)ua

　　(-g)

　　T-.r(Na+N+)

　　(23)

　　r的值表示調(diào)制方案.當(dāng) =1，即BPSK調(diào)制，當(dāng) =2，即QPSK調(diào)制·此外，可以得到系統(tǒng)在延遲受限條件下的容C =-P)log(l ra

　　2

　　(24)

　　該最優(yōu)吞吐量的獲得取決于無人機(jī)中繼輔助通信系統(tǒng)中信息傳輸?shù)挠行�時(shí)間，所以TS方案的系統(tǒng)吞吐量為T=C.(1-a)

　　(25)

　　而PS方案的系統(tǒng)吞吐量

　　T= C(26)

　　5仿真與分析

　　本章對(duì)所提方案的系統(tǒng)性能進(jìn)行了仿真和分析，并對(duì)本文的理論分析進(jìn)行了測(cè)試和驗(yàn)證。仿真中的參數(shù)設(shè)置如下：無人機(jī)中繼數(shù)N，中繼選擇采用最大化信噪比準(zhǔn)則，無人機(jī)中繼能量收集的效率轉(zhuǎn)換值為n-1，終端節(jié)點(diǎn)受到的聚合干擾數(shù)為M.TS方案中比例因子為a，PS中比例因子為8.發(fā)射端信噪比為y0，傳輸數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為L(zhǎng)= 100，信道衰落服從Nakagami-m分布.

　　圖6與圖7所示為當(dāng)發(fā)射功率固定時(shí)，在不同門限下系統(tǒng)的吞吐量和中斷概率在TS和PS方案下隨比例因子變化而變化的曲線。中繼數(shù)為N-3，干擾數(shù)為M=2，干擾發(fā)射功率分別為P1-6 w，P2=4 w，系統(tǒng)發(fā)射功率y0=20 dB，門限為yth=[3，8，15]

　　在圖6可以看出不同門限下，吞吐量最大位置和其值在變化。門限值越小，不僅系統(tǒng)的最大吞吐量越大，而且最大吞吐量的位置在比例因子越小的地方。在比例因子較小時(shí)中繼收獲的能量較小，發(fā)射功率較低所以吞吐量較小.隨著a與0的繼續(xù)增大系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)值，超過一定值后數(shù)據(jù)傳輸越來越少直至為0，吞吐量一直下降。圖中可以看出TS方案在能量收集較少時(shí)，系統(tǒng)吞吐量明顯比PS方案好.但在數(shù)據(jù)接收較少時(shí)，Ps方案吞吐量?jī)?yōu)于T5方案.

　　圖7是在相同條件下中斷概率隨系統(tǒng)比例因子變化而變化的曲線。明顯可以看出TS方案在相同門限下優(yōu)于PS方案。在比例因子較小時(shí)中繼收獲的能量較小，發(fā)射功率較低所以中斷概率較高·隨著a與e的繼續(xù)增大系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)值中斷概率最小，達(dá)到最優(yōu)值以后系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸越來越少導(dǎo)致中斷概率不斷增大，最后a&e=1時(shí)，無數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)全中斷。

　　圖8與圖9所示為當(dāng)發(fā)射功率固定時(shí)，不同干擾數(shù)的情況下，系統(tǒng)的吞吐量和中斷概率在TS和PS方案下隨比例因子變化而變化的曲線。中繼數(shù)為N=3，干擾數(shù)為M=[0，2，

　　4]，，干擾發(fā)射功率分別為P1=6 w，P2=4 w，P3=6 w，P4=

　　4w系統(tǒng)發(fā)射功率%-20 dB，門限值為ya=8w.圖8中沒有干擾的情況下，系統(tǒng)吞吐量達(dá)到理想值，其值明顯高于2干擾和4干擾的吞吐量。在相同干擾數(shù)的情況下，TS和PS方案存在交點(diǎn)橫坐標(biāo)分別為0.14，0.55，0.76當(dāng)a與0小于交點(diǎn)橫坐標(biāo)時(shí)，TS方案優(yōu)于P5方案，當(dāng)a與0大于于交點(diǎn)橫坐標(biāo)時(shí)，PS方案優(yōu)于TS方案.

　　在圖9中可以看處最小值橫坐標(biāo)隨著干擾數(shù)增加向a與8更大位置移動(dòng)，即要達(dá)到中斷概率最小值系統(tǒng)需要收集更多的能量來支持中繼發(fā)射.在相同干擾數(shù)的情況下，TS方案中斷概率整體優(yōu)于PS方案.理想0干擾下系統(tǒng)，中斷概率明顯小于2干擾和4干擾的情況.

　　在圖10與圖11中，系統(tǒng)中繼數(shù)為N=3，干擾數(shù)為M=

　　2，干擾發(fā)射功率分別為Pl=6w，P2=4w.門限為Ya=8，系統(tǒng)發(fā)射功率Y。不斷變化.由仿真可知在不同的比例因子情況下，系統(tǒng)的吞吐量和中斷概率在TS和PS方案下隨發(fā)射功率變化而變化的曲線。其中aie=D0.2，0.7]。從趨勢(shì)上看圖10，在a&e-0.7的情況下TS方案系統(tǒng)吞吐量增長(zhǎng)緩慢隨后趨于直線狀態(tài)，這是由于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸量固定，其傳輸以達(dá)到最大吞吐量，發(fā)射功率的增加對(duì)系統(tǒng)吞吐量的影響微乎其微。在a&e=0.7的情況下PS方案吞吐量先快速增長(zhǎng)隨后增長(zhǎng)速度變慢.a&e=0.2的情況下TS方案和PS方案中系統(tǒng)一直保持快速增長(zhǎng)。從數(shù)值大小上看，在相同比例因子的情況下，TS和PS方案存在交點(diǎn).當(dāng)y。小于交點(diǎn)橫坐標(biāo)時(shí)，TS方案優(yōu)于PS方案。當(dāng)%大于于交點(diǎn)橫坐標(biāo)時(shí)，Ps方案優(yōu)于TS方案.

　　圖11中，ase=0.7的情況下TS方案系統(tǒng)中斷概率緩慢下降隨后趨于直線狀態(tài).a&e=0.7的情況下PS方案中斷概率先快速減小隨后減小速度變慢.a&e=0.2的情況下TS方案和PS方案中系統(tǒng)中斷一直保持快速減小.

　　圖12表示系統(tǒng)干擾數(shù)為M=2，中繼數(shù)N=[0，3]，干擾發(fā)射功率分別為P1-6w，P2=4 w，門限為yw=8，系統(tǒng)發(fā)射功率%不斷變化.圖中所示為系統(tǒng)最優(yōu)吞吐量隨發(fā)射功率變化而變化的曲線，增加中繼選擇可以有效的增大系統(tǒng)吞吐量.Ts方案最大吞吐量高于PS方案.

　　圖13表示系統(tǒng)誤碼率的曲線，系統(tǒng)干擾數(shù)為M=2，中繼數(shù)N-3，干擾發(fā)射功率分別為P1=6 w，P2=4w，門限為Ya=8，比例因子a&e=0.5，并且系統(tǒng)發(fā)射功率Y不斷變化.

　　可以看出隨著發(fā)射功率變化系統(tǒng)誤碼率不斷下降.而且TS方案誤碼率小于PS方案.

　　6結(jié)論

　　這篇文章對(duì)提出的具有能量收集的多無人機(jī)中繼選擇傳輸方案進(jìn)行研究，分析了目的節(jié)點(diǎn)在受到聚合干擾的情況下用戶的中斷概率以及吞吐量，并且推導(dǎo)出了系統(tǒng)在Nakagami-m衰落信道下，PS方案和TS方案的閉合表達(dá)式。仿真結(jié)果表明通過對(duì)比例因子、發(fā)射功率和中繼選擇的聯(lián)合優(yōu)化可以有效提升系統(tǒng)吞吐量，降低中斷概率，值得說明的是

　　本文是從能量收集和信息傳輸?shù)慕嵌忍岢隽朔桨覆⑦M(jìn)行了

　　系統(tǒng)性能的分析，后續(xù)將對(duì)無人機(jī)通信的軌跡優(yōu)化、朱群通

　　信進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化和研究.

　　參考文獻(xiàn)：

　　[]YZeng，R Zhang，TJ Lim，e al.Wireless cxommunications withunmanned aerial vehicles：Opportunities and challenges[.IEEE Commn Mag，2016，54(5)：36-42.

　　[2]A Oseiran.F Bceardi.V bramn，et al.Scersaries for 5G mobile and wirekess communications：the vision of the METIS prject

　　[].IEEE Commun.Mag，2014.52(5)：26-35.

　　[3]Y Zeng，R Zhang.Energy-Efficient UAV Cemmunication withTajectory Optimization[].IEEE Tansactions on Wierless Cemmunications，2017，16(6)：3747-3760.

　　[4]Xiao Lu，Ping Wang.D Niyato，et al.Wirekess Networks with RF Energy Harvesting：A Centempoary Survey.IEEE Cmmnications Surveys&Tukorials，2015，17(2)：757-789.

　　[5]Xhou，R hang，C K Ho.Wireless information and power transfer：architecture design and rate-energy tradexff[].IEEE Trans.Communications，2013，61(11)：4754-4767.

　　R Zhang.C K Ha.MIMO broakeasting for simulanous wirekess information and power transfer[].IEEE Trans.Wireless Communications，2013.12(5)：1989-2001.

　　B Medepally，N Mehta.Vohntary ensergy harvesing relays and s-

　　lestion in cooperative wireless networks[].IEEE Transactions on Wireles Crmmunications，2010.9(11)：3543-3553.

　　Ahmad Alshares，Hakim Ghuzai，A E Kamal，et al.Optimization of a Puwer Splitting Protocod for Two-Way Multiple Eergy Harvesting Relay System[].IEEE Tansactions on Green Communica-

　　tiems and Networking，2017.1(4)：444-457.

　　Min Dong，Wen Li，F(xiàn) Amirnavaei.Oline Joint Power Control for Twe-Hop Wireless Relay Networks with Enengy Harvesting[].

　　IEEE Transactions on Signal Processing，2018，66(2)：463-478.

　　A Nasir，X Zhou，S Durrani，et al.Relaying protocols for wire-

　　les energy harvesting and infomation processing[].IEEE Transac tions on Wireles Communications，2013.12(7)：3622-3636.

　　Zhigue Ding，Samir M Perlaza，L.Esnaols，et al.Power Alkeation Strategies in Energy Harvesting Wireless Cooperative Networks[J].IEEE Transactions on Wireles Communications，

　　2014.13(2)：846-860.

　　Baofeng Ji，Kang Song，Chunguo Li， al.Energy Harvest and Informmation Transmission Design in Intemset-of-Things Wirekess Communication Systems[].Intemational Jou mal of Ekectronies an Commnications，2018，87(1)：124-127.

　　03] Meng Hua, Chunguo Li, Lni Yang, et al. Throughput Maxi-miration for UAV-Enabled Wireles Power Transfer in Relaying System [c]. 2017 9th Intemational Conference on Wireless Communications and Signal Processing (WCSP), 2017.

　　[14] Lifeng Xie, Jie Xu, and Rui Zhang, Thrughbput Maximization for LAV-Enabked Wireless Powered Commnication Networks cl.

　　2018 IEEE 87th Vehicuar Techndlogy Confererxce (VTC Spring) , 2018.

　　05] Sixing Yin. Yifei Zhao, Liha Li. UAV-asisted Cooperative Cemnmnieations with Time-sharing SWIPT [c]. 2018 IEEE Intemational Confererxe on Commumications (ICC), 2018.

　　6] Weidang La, Shamzhen Fang, Yi Gong. Resurce Allocation for OFDM Relaving Wireles Power Transfer Based Emergy -Con-strained UAV Cmmmication Network [c]. 2018 IEEE Intena-

　　tiemal Conference on Communications Workshops (ICC Work-

　　shop), 2018.

　　[17] Sixing Yin , Zhaowei Qu , Lilha Li. Uplink Resure Allocation in Cellular Networks with Energy-xonstrained UAV Relay [c].

　　2018 IEEE 87th Vehicular Techrology Confererxce (VTC Spring), 2018

　　[18] Xiaohu Ge, Kun Huang, Chengxiang Wang, et al. Caparity Amalysis of a Multi-Cell Multi-Antenna Cocperative Cellular Network with Co-Chanel Interference []. IEEE Tranactions on Wireless Communications, 2011,10(10) :3298-3309.

　　[19]冀保峰，宋康，李春國，聚合干擾下小小區(qū)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作傳輸

　　方案及性能分析[.信號(hào)處理，2015，29(11)：1446-1456.

　　[20]I Petrowi，M Stefamovie，P Spalevie，et al.Outage analysis of selection diversity over Rayleigh fading channels wih multiple ceo

　　-channels interferers[.Telecom.Systems，2013，52(1)：39-50.