[发明专利]一种基于无线能量收集的D2D协作通信系统

说明书

本发明公开了一种基于无线能量收集的D2D协作通信系统，属于无线通信技术领域。本发明将无线能量收集技术与中继技术加入到D2D链路中，将D2D结点改造为具备中继以及能量收集能力的多功能结点，既解决传统通信网络中频谱资源紧缺的问题，还将中继功能引入，有效地提高系统的吞吐量，同时在不改变现有的通信网络结构的情况下，降低通信成本，通过引入无线能量收集技术，有效地提高结点生命周期，实现绿色通信。在信息传输阶段，对RU而言，与其相关的链路总共有两条，一是AP到RU，二是DU到RU，利用时分复用协议能够将时间片分配作为各链路传输的参量使各段通信在时间轴上互不重叠，避免了整个系统内部的互相干扰问题。

技术领域

本发明属于无线通信中的D2D技术领域，更具体地，涉及一种基于无线能量收集的D2D协作通信系统。

背景技术

近年来，随着移动终端数目的爆发式增长以及新兴通信业务的出现，给传统的蜂窝通信网络架构带来了巨大的压力。Device-to-Device(D2D)技术可以将近距离设备之间的通信流量从蜂窝链路中卸载到D2D链路中，而中继协作通信网络能够改善D2D技术通信距离过短的缺陷，将其与D2D技术结合，可以在不改变现有移动通信基础设施的情况下，提高系统的通信质量以及系统容量，为日后的“万物互联”打下了基础。

时至今日，移动设备充当的角色越来越多，但是有限的电池容量成为了科技进步道路上的“绊脚石”。目前，大部分解决方案都是通过改良芯片的结构，采用功耗较低的新型材料，优化设备的操作系统等等从能量消耗的角度来考虑。而无线能量收集技术的提出可以从能量供给的角度来解决设备能耗的问题，该技术能够有效解决中继协作网络中中继结点由于能量受限而不愿进行中继的问题，延长设备的工作时间。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于无线能量收集的D2D协作通信系统，其目的在于将无线能量收集技术引入来提高中继结点的工作时间，实现绿色通信，计算出在能量以及链路状态的约束下最优的时隙分配，以实现系统吞吐量最大的目标。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于无线能量收集的D2D协作通信系统，所述系统包括：

基站AP，作为唯一的能量发射源，同时也是信息源；

D2D用户DU，是一个能量受限的移动设备，其工作的能量只能来源于收集的无线电磁波能量，其具有以下功能：一、在无线能量收集模式下通过接收基站AP的信号来给自身的电池充能，二、在信息处理模式下对基站AP发送的数据包进行存储，三、在信息处理模式下将存储的数据包转发给目标结点RU，四、在信息处理模式下向目标结点RU发送自身的数据包；

蜂窝网络注册用户RU，是目标结点；

AP到DU既有能量传输链路也有蜂窝传输链路，AP到RU是蜂窝传输链路，DU到RU是信息传输链路；

各条链路都复用AP到RU的蜂窝频段通信。

具体地，译码转发模式下的DU在收到AP信号后先进行译码，然后将重新编码后的信号转发至RU。

具体地，DU包含基于时间切换的射频能量收集模块，在收集到足够的能量以后才能通信。

具体地，在一个时隙T内，射频能量收集模块接收到的能量为：

W_T＝∫₀^TE_T·tdt

E_T＝η·P_AP·h_AP，DU

其中，E_T代表一个时隙T内能量收集模块接收的功率，η代表将电磁波转换成直流电的能量转换效率，P_AP代表AP的发射功率，h_AP，DU代表AP到DU之间链路的信道增益。