[发明专利]上行中继网络中基于能量捕获和干扰消除的D2D传输方法

权利要求书

1.上行中继网络中基于能量捕获和干扰消除的D2D传输方法，其特征在于，该D2D和上行中继网络包括一对D2D用户、一个蜂窝用户、一个中继节点以及一个基站S，其中D2D用户包括发送端和接收端；

该传输方法分为两个阶段：

第一阶段，蜂窝用户和D2D发送端分别向中继节点和D2D接收端发送信号，同时中继节点和D2D接收端均会收到D2D发送端和蜂窝用户的干扰，然后，中继节点和D2D接收端利用能量分裂协议分别从接收到的信号中捕获能量；其中，中继将用捕获的能量中转剩余的捕获信号，而D2D接收端则用捕获的能量给自己的电池充电，以便后续的传输；

第二阶段，中继进行信号转发，基站和D2D接收端都会受到来自中继的信号；基站直接解码信号获得自己所需的信号；在D2D接收端，由于两个阶段收到的信号均包含蜂窝网络的信号，因此利用干扰消除技术消除蜂窝网络的干扰信号，然后进行信号译码来获得D2D信号；假设由于衰落，障碍物原因，蜂窝用户和基站之间没有直传链路，D2D发送端与蜂窝用户位于同一侧，与基站也没有直传链路；

该传输方法的具体实现如下：

Step 1：蜂窝用户向中继发送信号x_C，同时D2D发送端访问蜂窝网络的频谱传输自己的信号x_A；

Step 2：中继和D2D接收端分别接收对应发送端的发送的信号，同时还接收到其他发送端的干扰信号，接收到的信号分别表示为y_R和y_B1，分别表示为

Step 3：中继和D2D接收端利用能量分裂协议从接收的信号中捕获能量，捕获的能量分别表示为P_R和E_B；中继和D2D接收端进行能量捕获的能量分别表示为

P_R＝ηγ₁(P_C|h₁|²+P_A|h₄|²)

设定D2D设备的能量捕获约束C3，如下：

其中，e_B是D2D接收端的最小捕获能量；

Step 4：中继利用捕获的能量放大转发剩余的信号，此信号表示为x_R，表示为

根据设定的约束条件，分配最优的能量分裂比以最大化D2D传输速率，最优的能量分裂比满足

其中，和分别表示γ₁和γ₂的最优值；

Step 5：基站接收来自中继的信号并进行译码以便获取蜂窝用户发送的信号，接收的信号和译码信噪比分别表示为y_S和ρ_S，如下：

设定蜂窝网络的服务质量需求C2，如下：

其中，是蜂窝网络的传输速率，T_S是蜂窝网络的目标传输速率；

Step 6：D2D接收端接收中继发送的信号，接收到的信号表示为y_B2，如下：

Step 7：D2D接收端在两个阶段接收的信号都包括蜂窝网络的干扰x_C，所以D2D接收端利用干扰消除技术消除技消除蜂窝网络的干扰x_C，消除干扰后的进行译码以便获取D2D发送端发送的信号，消除干扰后的信号和译码信噪比表示为y_B和ρ_B，如下：

其中，P_C和P_A分别表示蜂窝用户和D2D发送端用于发送信号x_C和x_A的能量；0≤γ₁≤1和0≤γ₂≤1分别表示中继和D2D接收端的能量分裂比；表示中继节点的信号放大因子；0＜η＜1表示能量转换效率；h₁，h₂，h₃，h₄，h₅和h₆分别表示蜂窝用户和中继之间、蜂窝用户和D2D接收端之间、D2D设备之间、D2D发送端和中继之间、中继和D2D接收端之间以及中继和基站之间的信道系数，分别服从独立同分布的概率密度函数为CN(0,1)的瑞利衰落；n₁，n₂，n₃，n₄，n₅和n₆分别表示由中继、D2D接收端、信号从宽带向基带转换、D2D接收端、信号从宽带向基带转换以及基站产生的高斯白噪声，其概率密度函数均为CN(0,σ₀²)；

为满足D2D通信的能量高效需求，设定D2D能量高效传输约束C1，如下：

其中，是D2D设备的能量效率，是D2D通信的传输速率，η₀是D2D设备的最低能量效率。

2.根据权利要求1所述的上行中继网络中基于能量捕获和干扰消除的D2D传输方法，其特征在于，Step 5中，为中继和D2D接收端分别分配能量分裂比γ₁^optimal和γ₂^optimal，最终实现能量高效的D2D传输。