[发明专利]一种基于无线能量收集的D2D协作通信系统

权利要求书

1.一种基于无线能量收集的D2D协作通信系统，其特征在于，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；

当所述系统为单用户系统时包括：一个AP、一个DU和一个RU，所述单用户系统完成一次通信过程的时隙为T，从时间线上将T划分为四个部分τ₀、τ₁、τ₂、τ₃进行通信：

(1)τ₀时隙，AP发送信息，RU接收来自AP的信息，DU感知AP发送的信息来充能；

(2)τ₁时隙，AP发送信息，RU接收来自AP的信息，DU接收来自AP的信息；

(3)τ₂时隙，DU将从AP接收到的信息转发给RU；

(4)τ₃时隙，DU将自身的信息发送给RU；

按照以下模型求解τ₀、τ₁、τ₂、τ₃：

subject to

τ₀+τ₁+τ₂+τ₃＝T

P_AP·r_AP，DU^-α·τ₀＞P_DU·(τ₂+τ₃)

R_DU，RU·τ₂＞R_AP，RU·(1-L_AP，DU)·τ₁

其中，r_AP，RU代表AP到RU链路之间的距离，r_AP，DU代表AP到DU链路之间的距离，r_DU，RU代表DU到RU链路之间的距离，R_with-relay代表有D2D设备参与的系统吞吐量，R_{without-relay}代表没有D2D设备参与的系统吞吐量，P_AP代表AP的发射功率，α代表信道的衰减指数，P_DU代表DU的发射功率，R_DU，RU代表DU到RU的链路的最大传输速率，R_AP，RU代表AP到RU之间链路的最大传输速率，L_AP，DU代表AP到DU的链路丢包率；

或者，当所述系统为多用户系统时，由一个AP、一个DU和N个RU组成，所有的RU都是采用相同的频段完成AP下行通信，整个系统的通信总时间为N×T，其中，DU在第1，...，(N-1)个T时隙只进行能量收集的功能，在第N个时隙仅完成中继通信：

(1)第1个T时隙中，AP发送信息，RU接收来自AP的信息，DU感知AP发送的信息来充能；

(2)第2～(N-1)个T时隙中，AP发送信息，RU接收来自AP的信息，DU感知AP发送的信息来充能；

(3)第N个T时隙中，前τ₀时隙，AP发送信息，RU_i与DU接收来自AP的信息，后τ₁时隙，DU将接收到来自AP的信息转发给RU_i；

通过以下模型求解最优用户RU_i、τ₀、τ₁：

subject to

τ₀+τ₁＝T

P_AP·r_AP，DU^-α·(N-1)T＞P_DU·τ₁

其中，R_{i，without-relay}代表DU选择第i个RU进行中继通信前系统吞吐量，R_{i，with-relay}代表DU选择第i个RU进行中继通信后系统吞吐量，P_AP代表AP的发射功率，P_DU代表DU发射功率，r_AP，DU代表AP到DU链路之间的距离，代表DU到第i个RU的链路的最大传输速率，代表AP到第i个RU的链路的最大传输速率，L_AP，DU代表AP到DU的链路丢包率；

其中，代表AP到第i个RU的链路丢包率，代表DU到第i个RU的链路丢包率，c代表一个数据包的大小。