[發明專利]能量采集節點網絡的中繼選擇和功率分配方法

在審

• 申請號: 201510424894.1
• 申請日: 2015-07-17
• 公開（公告）號: CN105025547A
• 公開（公告）日: 2015-11-04
• 發明（設計）人: 唐冬;江丹丹;黃高飛;劉貴云;劉外喜;呂明霞
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: H04W40/22
• 分類號: H04W40/22;H04W52/34
• 代理公司: 廣州凱東知識產權代理有限公司 44259
• 代理人: 羅丹

技術領域

本發明涉及一種基于感知無線電技術的能量采集節點網絡的中繼選擇和功率分配方法，屬于無線通信技術領域。

背景技術

認知無線電(CR)是一種提高頻譜利用率的智能無線通信技術，它允許次用戶在保證主用戶通信質量的前提下，使用法定分配給主用戶的頻譜資源，次用戶也可依靠頻譜感知識別未被主用戶使用的空閑頻譜。認知無線電具有學習能力，能與周圍環境交互信息，以感知和利用在該空間的可用頻譜，并限制和降低沖突的發生。

基于中繼轉發的認知無線電合作頻譜感知技術通過中繼用戶轉發認知用戶的信號,實現網絡中一個認知用戶與多個認知用戶之間的合作。在認知無線電網絡中使用中繼技術可提高鏈路質量，可靠性及網絡覆蓋范圍。本文當中提出一種基于認知無線電的中繼選擇技術，中繼選擇以最大化網絡通信容量為目標，選擇速率最大的中繼以放大轉發技術轉發來自認知用戶的信息。

如何提高認知無線電節點的壽命是一個急需解決的問題。不同于傳統認知無線電節點，在電池消耗殆盡的同時結束通信，能量采集節點可以從外界環境中收集能量并存儲以提高節點使用壽命。在感知能量采集網絡中，次級用戶在一定干擾限制和能量限制下與主用戶共享頻譜以傳輸信息。綜上所述，在基于中繼轉發的認知無線電網絡中引入能量采集技術可以提高網絡壽命，提高節點之間的通信質量等。

基于能量采集節點的中繼轉發網絡的中繼選擇和功率分配方法主要包括在線功率分配和離線功率分配。基于現有在線功率分配算法，面臨復雜度隨參與調度用戶數增長過快的問題，并且對調度時間要求較高。當處理延時增加時，調度速度無法趕上信道的變化。離線功率分配算法復雜度隨參與調度用戶數增長較慢，對調度時間要求較低，并可達到最高通信速率。

發明內容

本發明的目的是利用能量采集節點從環境中吸收能量提高網絡壽命，采用中繼轉發信息增加網絡覆蓋范圍，提供一種基于感知無線電技術的能量采集節點網絡的中繼選擇和功率分配方法，適用于感知無線電網絡，能量采集節點網絡等無線數據通信環境。

本發明的目的通過以下技術方案予以實現：

一種能量采集節點網絡的中繼選擇和功率分配方法，該方法包括以下步驟：

(1)主用戶發射機發送信息s₀至主用戶接收機，次級用戶發射機SU₁發送信息s₁至次級用戶網絡的J個中繼。次級用戶可以在一定干擾限制，不影響主用戶通信的條件下以一定的功率發送信號，或者在主用戶未占用頻譜時以較高的功率發射信號；

(2)依照凸優化以容量最大化為目標，以能量和對主用戶干擾限制為約束條件分配次級用戶最優發射功率P^*，次級用戶SU₁在時隙L_i以發射功率P^*發射信號s₁時使用SU₁從環境中吸收并存儲的能量；

(3)計算次級用戶發射機-中繼鏈路及中繼-次級用戶接收機鏈路的信道干擾噪聲比SINR。在含有大量中繼的系統中，收集通信鏈路瞬間狀態信息CSI的方法計算量較大，因此在本系統中，通過計算平均信道干擾噪聲比SINR計算系統容量；

(4)根據鏈路信干比分別計算J個分組次級用戶網絡容量R；

(5)在J個組之間，選取容量最大的中繼r_j；

(6)選定的中繼r_j將信息s₁發送至次級用戶接收機SU₂。

進一步的，步驟(1)中繼接收到的信號矢量根據下述公式計算得到：