[发明专利]认知无线网络中带能量收集的频谱感知和信息传输方法

说明书

本发明认知无线网络中带能量收集的频谱感知和信息传输方法，认知用户利用来自主用户发射机的信号进行频谱感知和能量收集，并将收集到的能量用于信息传输，在检测主用户阶段，认知用户和N个认知中继共同检测主用户是否占用频谱，在报告阶段，认知用户根据自身是否检测到主用户在占用频谱，开启能量收集或信息融合功能，在信息传输阶段，根据频谱感知最终决策结果，认知用户进行能量收集或信息传输。本发明在获得高的频谱感知性能的同时，为认知用户提供了工作能量，延长认知用户的使用寿命，减少或者无需周期性电池更换。

技术领域

本发明涉及一种认知无线网络中带能量收集的频谱感知和信息传输方法，属于认知无线电技术领域。

背景技术

传统的无线通信使用固定的频谱分配方法，政府把这些资源分配给授权用户或用来长时间为一个大的地理区域服务，但是这些授权的频谱利用率很低。认知无线电(cognitive radio)可以解决频谱需求日益增长与频谱稀缺、利用率低之间的矛盾。它允许非授权用户(Secondary User，也称认知用户)接入授权用户(Primary User，也称主用户)的频谱。其中，认知用户利用频谱感知技术检测主用户使用频谱的情况，以发现主用户未使用的频谱空穴(spectrum hole)，然后利用被发现的频谱空穴进行认知用户间的数据传输。而当主用户再次出现要使用频谱时，认知用户必须让出这段频谱，以保护主用户的服务质量(QoS)需求。

能量收集(energy harvesting)作为一种绿色节能技术被工业界和学术界广泛关注。无线网络的能量收集指通信节点从周围环境，如太阳、风、热和空间射频信号等，收集能量供节点工作。上述所提当主用户再次出现要使用频谱时，认知用户必须让出这段频谱的问题，就可以利用能量收集技术，将此时主用户使用频谱时所发射的信号收集起来，供认知用户工作能量来源。为充分利用主用户所发射的射频信号，有文献《收集主用户信号能量的认知无线电网络的吞吐量》(Bhowmick,S.Roy,and S.Kundu,“Throughput of a cognitiveradio network with energy-harvesting based on primary user signal,”IEEEWireless Commun.Lett.,vol.5,no.2,pp.136–139,Apr.2016.)将频谱感知和能量收集同时在认知节点完成，即利用功率分配电路，无线节点同时实现信息接收和能量收集。

然而，如果主用户所发射的射频信号能量，被认知节点按比例分配后同时进行频谱感知和能量收集，则由于功率分配比例小于1，使得用于频谱感知的能量减少。这会影响频谱感知性能的下降，尤其对使用能量检测方法进行频谱感知的性能影响更明显，因为能量检测的原理就是根据接收信号能量大小与门限值比较，来确定主用户是否在使用频谱的。类似地，也会减小收集到的能量的数量。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种认知无线网络中带能量收集的频谱感知和信息传输方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

认知无线网络中带能量收集的频谱感知和信息传输方法，

在检测主用户阶段，认知用户和N个认知中继共同检测主用户是否占用频谱；

若认知用户检测到主用户占用频谱：在报告阶段，认知用户收集主用户发射机的射频信号能量，收集K个认知中继发射的本地检测结果信号能量，其中，K个认知中继检测到主用户未占用频谱，K≤N；在信息传输阶段，认知用户收集主用户发射机的射频信号能量；