【技术实现步骤摘要】
一种被困用户终端设备能量采集与信息传输方法
[0001]本专利技术涉及通信
，具体而言涉及一种被困用户终端设备能量采集与信息传输方法。
技术介绍
[0002]无线业务的急剧增长对无线通信系统的容量和电池寿命提出更高的要求。协作中继技术和能量采集(Energy Harvesting，EH)技术作为下一代移动通信的关键技术之一成为研究热点。协作中继技术可以有效地解决蜂窝通信中边缘用户信号弱地问题，提高系统容量，还可以降低发送端的能耗。能量采集技术可以从周围的射频信号和可再生能源中获得能量，与传统的供能方式不同，能量采集节点可以使用的能量主要受到外界环境和自身电池容量的限制。因此将能量采集技术与协作中继技术相结合不仅可以解决系统的能耗问题还可以提高系统的信号覆盖范围。
[0003]不同于传统的源、中继和目的地通信网络中继采集能量的场景，此场景并没有考虑源节点处采集能量，然而在实际场景中源节点处也需要从外界采集能量。例如当发生房屋倒塌时，一些人员来不及撤离被困其中，只能通过无线充电方式给被困用户充电，使其保持与外界的联...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种被困用户终端设备能量采集与信息传输方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将被困用户U作为源节点，N个邻近用户组成中继用户集同时给被困用户进行RF充电，被困用户充电完成后选择一个邻近用户作为中继将信息转发给基站，基站为目的地；设一个通信时长为T，其中αT时间内周围邻近用户给被困用户同时充电，被困用户采集完能量后，在(1
‑
α)βT时间内将信息发送给中继，中继接收到被困用户的信息后在剩余的(1
‑
α)(1
‑
β)T时间内将信息转发给基站，其中0＜α＜1，0＜β＜1，N为大于等于1的正整数；以用户采集的能量为约束，对用户终端设备能量采集与信息传输的优化问题进行建模，求解得到每个中继被选择时的最优的能量采集占总时间的比率、最优的第一次信息传输占总信息传输时间的比率和系统的可达速率，选择使系统可达速率最大的中继为对应的最优中继，以及该最优中继前提下的最优的能量采集占总时间的比率和最优的第一次信息传输占总信息传输时间的比率。2.根据权利要求1所述的被困用户终端设备能量采集与信息传输方法，其特征在于，对用户终端设备能量采集与信息传输的优化问题进行建模的过程包括以下子步骤：S1，设N个邻近用户组成的中继用户集为{1，...，n，...，N}，被困用户U与中继集之间的信道增益矩阵为集合表示，基站与中继集之间的信道增益矩阵为集合邻近用户的发送功率为P
r
，被困用户处的能量采集效率为δ；S2，假设所有邻近用户均为被困用户充电，则被困用户U在αT时间内采集到的能量表示为：其中δ∈(0，1)表示被困用户U的能量采集效率，它受到整流过程和能量采集电路的影响；P
r
为邻近用户的发射功率；表示被困用户U与第n个中继之间的信道增益；S3，假设采集的能量全部用于发送信息，则被困用户U处的最大可用功率为：被困用户U采集能量后，在(1
‑
α)βT时间内将信息发送给中继r
n
，中继r
n
处接收到的信号和速率分别表示为：：其中，为被困用户U与中继r
n
之间的距离；a为路径损耗因子；P
U
为被困用户U的发送功率；为被困用户U与中继r
n
之间的信道增益；为中继r
n
的加性高斯白噪声，假设的
均值为0，方差为x
u
为被困用户U处发送的信号，且S4，中继r
n
接收到被困用户U的信息后，在剩余的(1
‑
α)(1
‑
β)T时间内将信息转发给基站，基站处接收到的信号和速率分别为：站，基站处接收到的信号和速率分别为：其中，为中继r
n
与基站BS之间的距离；为中继r
n
与基站BS之间的信道增益；n
BS
为基站BS处的加性高斯白噪声，假设n
BS
的均值为0，方差为的均值为0，方差为为中继r
n
的发送信号且S5，根据上述公式计算得到系统可达速率：其中S6，对用户终端设备能量采集与信息传输的优化问题进行建模：其中，C1表示被困用户U处的最大发送功率受限于它从中继集中采集的能量；C2表示一个通信时长T内，时间不能全部用于采集能量，也不能全部用于发送信息；C3表示在剩余(1
‑
α)T时间内，时间不能全部用于被困用户传输信息，也不能全部用于中继转发信息；C4表示只能选择一个中继用于转发信息，当θ
n
＝1时表示第n个中继被选择为进行信息转发的中继节点；S7，求解优化问题，计算得到使系统可达速率最大的最优中继，以及该最优中继前提下的最优的能量采集占总时间的比率和最优的第一次信息传输占总信息传输时间的比率。3.根据权利要求2所述的被困用户终端设备能量采集与信息传输方法，其特征在于，步骤S7中，求解优化问题的过程包括以下子步骤：S71，根据基站与中继集之间的信道增益矩阵H
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