[发明专利]基于无线射频供能的认知用户能量收集和信息传输方法

说明书

本发明公开一种基于无线射频供能的认知用户能量收集和信息传输方法，包含以下步骤：S1主用户发射机根据空间上次用户的分布位置和数量，估计次用户发射机对主用户接收机造成的干扰，确定主用户的保护圈半径；S2主用户接收机预设两个中断概率门限，分别得到能量收集圈和降功率传输圈的半径；S3次用户对主用户发射机进行时间和空间感知，次用户感知主用户发射机在某段时间上是否正在发射信号，同时感知空间上次用户所处主用户保护圈的位置；S4次用户根据感知结果，决定自己的工作方式。本发明有效降低了次用户的传输中断概率，改善了次用户传输性能。两层保护圈的设置以及次用户传输方式的设计，从整体上改善了次用户网络的能量效率。

技术领域

本发明涉及一种应用无线射频供能的认知用户能量收集和信息传输方法，属于认知无线电技术领域。

背景技术

在高传输速率和低时延的5G网络中，物联网技术迅速发展，随之而来的就是爆炸式的通信数据，这对能量支持和频谱资源来说是一种挑战。

无线供电通信可使用基于射频的无线能量传输技术来解决5G的高能耗问题。在基于射频的无线能量传输技术中，用户可以收集射频能量并将其转换为可存储的电池中的能量。另一方面，认知无线电技术可以解决5G通信中频谱资源不足的问题。在认知无线电网络中，次用户可以在不干扰主用户的情况下，接入主用户频谱。而主用户对次用户的干扰，可作为一种天然的射频信号源，为次用户提供无线供能。因此，如何有效的获取和利用主用户的射频能量以提高认知无线网络的能量效率和频谱效率是解决5G网络高能耗高频谱需求的关键问题。

对于射频能量的收集，合理设置能量源和能量收集节点之间的距离，能够有效提高能量收集效果。因此，文献《认知无线电网络中机会无线能量收集》(S.Lee,R.Zhang,andK.Huang.Opportunistic wireless energy harvesting in cognitive radio networks,IEEE Trans.Wireless Commun.,12(9)(2013)4788–4798.)提出认知无线电网络中时空能量收集方法。

在时空能量收集方法中，次用户只有在某段时间发射信号的主用户的一定空间范围内才能够收集能量，在此范围之外，次用户传输信息。这样的范围设定不仅可以提高次用户的能量收集效率，还有助于减少次用户对于主用户的干扰，加强对主用户的保护，因此，这样的能量收集范围也被称为主用户的保护区。文献《异构频谱的认知无线网络中时空机会检测：二维感知》(Q.Wu,G.Ding,and J.Wang,et al.Spatial-temporal opportunitydetection for spectrum-heterogeneous cognitive radio networks:two-dimensionalsensing,IEEE Trans.Wireless Commun.,12(2)(2013)1684–1697.)提出为主用户设定两层保护圈，这两个圈是以主用户为圆心、不同半径的同心圆；在小半径的保护圈内，次用户静默以避免干扰主用户，在大半径的保护圈内，次用户以一定功率传输信息。但如何利用双层保护圈收集能量，并利用收集到的能量有效传输，以及如何设置保护圈半径以更有效保护主用户，尚未有充分研究。