[发明专利]能量采集节点网络的中继选择和功率分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于感知无线电技术的能量采集节点网络的中继选择和功率分配方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

认知无线电(CR)是一种提高频谱利用率的智能无线通信技术，它允许次用户在保证主用户通信质量的前提下，使用法定分配给主用户的频谱资源，次用户也可依靠频谱感知识别未被主用户使用的空闲频谱。认知无线电具有学习能力，能与周围环境交互信息，以感知和利用在该空间的可用频谱，并限制和降低冲突的发生。

基于中继转发的认知无线电合作频谱感知技术通过中继用户转发认知用户的信号,实现网络中一个认知用户与多个认知用户之间的合作。在认知无线电网络中使用中继技术可提高链路质量，可靠性及网络覆盖范围。本文当中提出一种基于认知无线电的中继选择技术，中继选择以最大化网络通信容量为目标，选择速率最大的中继以放大转发技术转发来自认知用户的信息。

如何提高认知无线电节点的寿命是一个急需解决的问题。不同于传统认知无线电节点，在电池消耗殆尽的同时结束通信，能量采集节点可以从外界环境中收集能量并存储以提高节点使用寿命。在感知能量采集网络中，次级用户在一定干扰限制和能量限制下与主用户共享频谱以传输信息。综上所述，在基于中继转发的认知无线电网络中引入能量采集技术可以提高网络寿命，提高节点之间的通信质量等。

基于能量采集节点的中继转发网络的中继选择和功率分配方法主要包括在线功率分配和离线功率分配。基于现有在线功率分配算法，面临复杂度随参与调度用户数增长过快的问题，并且对调度时间要求较高。当处理延时增加时，调度速度无法赶上信道的变化。离线功率分配算法复杂度随参与调度用户数增长较慢，对调度时间要求较低，并可达到最高通信速率。

发明内容

本发明的目的是利用能量采集节点从环境中吸收能量提高网络寿命，采用中继转发信息增加网络覆盖范围，提供一种基于感知无线电技术的能量采集节点网络的中继选择和功率分配方法，适用于感知无线电网络，能量采集节点网络等无线数据通信环境。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种能量采集节点网络的中继选择和功率分配方法，该方法包括以下步骤：

(1)主用户发射机发送信息s₀至主用户接收机，次级用户发射机SU₁发送信息s₁至次级用户网络的J个中继。次级用户可以在一定干扰限制，不影响主用户通信的条件下以一定的功率发送信号，或者在主用户未占用频谱时以较高的功率发射信号；

(2)依照凸优化以容量最大化为目标，以能量和对主用户干扰限制为约束条件分配次级用户最优发射功率P^*，次级用户SU₁在时隙L_i以发射功率P^*发射信号s₁时使用SU₁从环境中吸收并存储的能量；

(3)计算次级用户发射机-中继链路及中继-次级用户接收机链路的信道干扰噪声比SINR。在含有大量中继的系统中，收集通信链路瞬间状态信息CSI的方法计算量较大，因此在本系统中，通过计算平均信道干扰噪声比SINR计算系统容量；

(4)根据链路信干比分别计算J个分组次级用户网络容量R；

(5)在J个组之间，选取容量最大的中继r_j；

(6)选定的中继r_j将信息s₁发送至次级用户接收机SU₂。

进一步的，步骤(1)中继接收到的信号矢量根据下述公式计算得到：