[发明专利]一种基于多时隙无线能量收集的认知携能中继通信方法

权利要求书

1.一种基于多时隙无线能量收集的认知携能中继通信方法，认知携能中继通信系统由一个主网络和认知网络组成；主网络包含一个主用户发送端PT和一个主用户接收端PR；认知网络包含一个认知用户发送节点CT、一个认知中继节点CR和一个认知用户接收节点CD，其特征在于，所述基于多时隙无线能量收集的认知携能中继通信方法包括以下步骤：

1)认知网络通过频谱感知方法判断主网络的授权频谱是否空闲，如果主网络的授权频谱被占用，则认知中继节点CR通过无线能量收集方式收集主用户发送端PT发射的能量；否则认知网络计算认知用户发送节点通过认知中继节点携能中继发送信息获得的速率R_sd,i；

2)如果R_sd,i≥R_T，则认知中继节点进入携能中继通信方式，认知中继节点CR在前半个时隙利用一部分收到的功率进行能量接收，利用另外一部分功率进行信息解码，然后在后半个时隙利用接收到的能量转发认知用户发送节点CT的信息到认知用户接收节点CD；否则认知网络停止发送信息；

认知中继节点的功率分配问题建模为：

满足以下条件

其中，R_sd,i表示认知用户发送节点通过认知中继节点携能中继发送信息获得的速率，R_T表示认知网络的目标速率，表示第i个时隙授权频带的感知状态，表示授权频带空闲，表示授权频带被占用，E_sr,i表示认知中继节点CR在第i个时隙携能中继通信方式下收集的能量，E_pr,j表示认知中继节点CR在第j(j≠i)个时隙通过无线能量收集方式收集的能量，E_rm表示认知中继节点CR的电池容量存储上限，λ_i表示认知中继节点CR用于信息解码的功率分配比例；

通过数学推导获得上述认知中继节点的最优功率分配比例：

其中，表示第j个时隙授权频带的感知状态，表示授权频带空闲，表示授权频带被占用，P_p,j表示主用户发送端PT在第j个时隙的发送功率，P_s,i表示认知用户发送节点CT在第i个时隙的发送功率，P_c表示认知中继用户CR的电路固有消耗，h_pr,j、h_sr,i和h_rd,i分别表示PT-CR、CS-CR和CR-CD的链路信道增益，d₁、d₂和d₃分别表示PT-CR、CS-CR和CR-CD的链路距离，θ表示路径损耗指数，和分别表示CS-CR、CR-CD链路中和认知中继节点功率分割机中的噪声功率，η₁和η₂分别表示认知中继节点CR在无线能量收集和携能中继通信方式下的能量转换效率。

2.如权利要求1所述的基于多时隙无线能量收集的认知携能中继通信方法，其特征在于：所述步骤1)中，认知用户发送节点通过认知中继节点携能中继发送信息获得的速率表示为：

R_sd,i＝min{R_sr,i,R_rd,i} (4)

其中，R_sr,i和R_rd,i分别表示第i个时隙认知中继节点CR和认知用户接收节点CD的信息接收速率，表示为：

其中T表示时隙长度；

认知中继节点CR通过无线能量收集方式收集到的能量表示为：

3.如权利要求1或2所述的基于多时隙无线能量收集的认知携能中继通信方法，其特征在于：所述步骤2)中，认知中继节点CR携能中继通信方式下收集的能量表示为：

认知中继节点CR转发功率表示为：