[发明专利]一种能量有效的次用户信息传输方法及系统

权利要求书

1.一种能量有效的次用户信息传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)控制次用户在下垫式的频谱接入方式下接入主用户频谱；

(2)基于直接链路次用户SU₁和次用户SU₂完成彼此之间的信息交换，次用户中继SR处于休眠状态；

(3)基于次用户SU₁和次用户SU₂的供电模块的电压和电流值计算传输功率，基于正交导频估计信道状态信息；

(4)根据信道状态信息和传输功率分别预估直接传输模式和物理层网络编码传输模式的能量效率，进行次用户SU₁和次用户SU₂的传输模式选择，选择预估的能量效率高的传输模式完成信息传输；

直接传输模式的能量效率预估方法，具体包括以下步骤：

在第一时隙，控制次用户SU₁通过直接链路将信息传输给次用户SU₂，定义第一时隙成功传输的事件为在第二时隙，控制次用户SU₂将信息直接发送给SU₁，定义第二时隙成功传输的事件为事件和为：

其中，|h_ss|²表示次用户SU₁和次用户SU₂之间的信道增益，次用户SU₁和次用户SU₂之间的信道增益是均值为的指数随机变量；γ_s＝P_s/N₀，所有的终端都存在均值为0，方差为N₀的高斯白噪声，P_s表示次用户SU₁与次用户SU₂的传输功率；数据传输速率为R；只有当次用户SU₁向次用户SU₂成功传输信息，且次用户SU₂向次用户SU₁成功传输信息，则次用户SU₁和次用户SU₂成功完成信息交换；直接传输模式中，系统吞吐量C^DT为：

其中，Λ₁＝(2^2R-1)/γ_s，λ_ss表示指数随机变量|h_ss|²均值的倒数，T为传输周期；表示事件和同时存在的概率；

直接传输模式的能耗E^DT为：

E^DT＝P_sT (3)

系统的能量效率定义为系统吞吐量与系统能量消耗的比值；直接传输模式的能量效率η_DT计算公式为式(4)：

η_DT＝C^DT/E^DT＝[Rexp(-λ_ssΛ₁)]/P_s (4)；

物理层网络编码传输模式的能量效率预估方法，具体包括以下步骤：

在第一个时隙，控制次用户SU₁和次用户SU₂向次用户中继SR发送信息，事件表示次用户SU₁向次用户中继SR成功传输信息，事件表示次用户SU₂向次用户中继SR成功传输信息，事件表示次用户SU₁和次用户SU₂同时向次用户中继SR成功传输信息；次用户中继SR基于功率分配器将接收到的信号分为两部分，一部分为用于能量收集的信号，用于能量收集的信号为ρ且0＜ρ＜1，另一部分1-ρ的信号用于信息解码；

次用户中继SR所收集的能量计算为：

其中0＜μ＜1表示能量收集电路的能量转换效率；次用户SU_i(i＝1，2)和次用户中继SR之间的信道增益是均值为的指数随机变量，定义次用户中继SR的传输功率为次用户中继SR对主用户接收机PU_R的干扰不超过主用户接收机PU_R的预设门限P_th，次用户中继SR的发射功率P_r为：

其中，主用户接收机PU_R和次用户中继SR之间的道增益是均值为的指数随机变量；次用户SU₁和次用户SU₂的传输功率P_s对主用户接收机PU_R的干扰不超过预设门限P_th，P_s∈(0,P_thλ_ps]；表示主用户接收机PU_R和次用户SU_i(i＝1，2)之间的信道增益，该信道增益是均值为的指数随机变量，设定P_th表示次用户SU₁和次用户SU₂的传输功率P_s对主用户接收机PU_R的干扰预设门限P_th；λ_pr表示主用户接收机PU_R和次用户中继SR之间的信道增益均值的倒数；

事件和计算为：

在第二个时隙，次用户中继SR将解码的信息按位异或进行网络编码并转发信息至次用户SU₁和次用户SU₂；事件表示次用户中继SR向次用户SU₂成功传输信息；事件代表次用户中继SR向次用户SU₁成功传输信息；事件计算为：

其中γ_r＝P_r/N₀，P_r表示次用户中继SR的传输功率；所以物理层网络编码传输模式中，系统吞吐量C^PNC为：

其中T为传输周期；物理层网络编码传输模式的能耗E^PNC计算公式为：

E^PNC＝P_sT (11)

系统的能量效率定义为系统吞吐量与系统能量消耗的比值，即bit/J；物理层网络编码传输模式，能量效率η_PNC计算为

η_PNC＝C^PNC/E^PNC (12)。