[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

说明书

一种基于多时隙无线能量收集的认知携能中继通信方法，该方法中认知网络通过频谱感知判断主网络的授权频谱是否空闲，如果授权频谱被占用，认知中继节点通过无线能量收集方式收集主用户发送端发射的能量；否则认知网络进入携能中继通信方式，认知中继节点利用收集到的能量转发认知用户发送节点的信息到认知用户接收节点。认知中继节点通过多个时隙无线能量收集，然后转发信息，能够获取更多的能量，有效提高中继转发效率。

技术领域

本发明属于认知无线通信中无线携能通信技术领域，尤其是一种基于认知携能中继通信方法。

背景技术

随着无线网络的形成和快速发展，大规模通信流量存在两个现实挑战。首先，无线频谱资源稀缺，且大部分分配的频谱尚未得到充分利用，其次，快速增长的能量消耗增加了通信成本和困难；认知无线电技术通过感知主用户的授权频谱是否空闲，允许认知用户接入空闲的授权频谱，可以有效提高频谱资源的利用率；基于中继传输的无线携能通信技术可以使得中继节点通过无线能量收集方法，利用收集到的能量协助转发信息，可显著提高通信网络的能量效率，然而现有的认知携能中继通信方法中，认知网络中的中继节点只在单个时隙里进行无线能量收集，然后利用收集到的能量转发认知用户的信息，导致中继节点收集到的能量非常有限，从而限制中继转发效率。

发明内容

针对现有认知携能中继通信方法能量收集和中继转发效率低的问题，本发明提供一种基于多时隙无线能量收集的认知携能中继通信方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

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，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：