CN107508628B - 一种射频能量收集中继网络中的协作传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种射频能量收集中继网络中的协作传输方法，至少包含一个源节点，一个目的节点和一个中继节点，其中源节点和目的节点具有稳定的电力供给；中继节点为能量受限节点；在源节点广播信号时收集射频信号能量，转化为电能存储在电池中；在信息传输过程中，目的节点根据实时信道状态选择是否需要中继节点协作，中继节点根据自身能量状态和信道状态决策是否协作信息传输。本发明在提出的三种网络传输模式中进行合理选择，更加有效地利用中继节点收集到的能量，使得网络传输的可靠性得到显著提升；同时给出了最优的中继节点发射功率，能够进一步提高网络传输的可靠性。

Description

一种射频能量收集中继网络中的协作传输方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种射频能量收集中继网络中的协作传输方法。

背景技术

随着信息技术的发展，越来越多的服务和业务被加入到无线网络中，如智能家居，医疗体域网，无线传感器网络等，使人们的生活和工作更加便利。然而同时，无线网络中的节点数目也呈现井喷式增长，在通信过程中消耗的能量也随之大幅增加。近些年来，能耗与环境问题越来越受到社会各界的格外关注。为了解决这一问题，未来的5G通信系统提出了绿色通信技术，其中能量收集技术作为实现绿色通信的一项关键技术受到广泛专注和研究。能量收集技术通过在通信节点处装配合适的天线和电子线路使得通信节点能够收集外界能量，如太阳能、风能和射频能量等。特别的是，通过设计网络的传输方案，射频能量收集技术具有更高的可控制性和稳定性，成为研究关注点。

射频能量收集技术的一项重要应用是射频能量收集中继网络。通过在网络中部署中继节点来辅助源节点到目的节点的信息传输，能够有效增加通信的范围和可靠性。然而在网络中引入中继节点一方面增加了网络的能量消耗，另一方面，在传统电网供能的方式下中继节点的部署需要考虑供电的便利性，在电池供能的方式下需要人工对电池进行更换或充电，增加了中继节点的维护成本。通过应用射频能量收集技术为中继节点供能，中继节点能够收集源节点发射的射频信号能量，作为自身工作的能量来源，避免了传统供能方式带来弊端，延长了中继节点的存活寿命。在射频能量收集中继网络中，网络的传输方法不仅直接影响网络信息的传输，而且影响中继节点能够收集到的能量，进而又对网络的传输性能产生影响。因此，射频能量收集中继网络中的传输方法需要被合理的设计。2015年AliA.Nasir等人在“IEEE Transactions on Communications”(《国际电气电子工程师协会通信汇刊》)上发表的“Wireless-Powered Relays in Cooperative Communications:Time-Switching Relaying Protocols and Throughput Analysis”(协作通信中的无线供能中继研究：时间切换中继协议以及吞吐量分析)分别提出了一种离散时间能量收集中继协作传输方法和一种连续时间能量收集中继协作传输方法，推导了网络可达吞吐量的解析表达式，并通过仿真验证了所提出的传输方法能够带来网络吞吐量的提升。然而在该项工作中，作者假设网络中源节点到目的节点的直传链路处于深衰落，在设计传输方法时忽略了直传链路的存在。实际上，由于中继节点能够收集到的射频能量通常很少，源节点的发射功率相比中继节点的发射功率大很多，故而即使源节点到目的节点的信道经历深衰落，源节点发出的通过直传链路抵达目的节点的信号同样能够在信息解码时发挥重要作用。考虑到该项因素，2016年Ziyi Li等人在“201624th European Signal Processing Conference”(2016年第24届欧洲信号处理会议)上公开的“Accumulate then Forward:An OpportunisticRelaying Protocol for Wireless-Powered Cooperative Communications”(累积后转发：一种无线供能协作网络中的机会式中继协议)考虑源节点与目的节点间存在直传链路，提出了基于中继节点能量状态的协作传输方法，其中中继节点根据自身能量状态选择是否协作信息传输，在中继节点不协作信息传输情况下，目的节点直接解码源节点发射的信号，在中继节点协作信息传输情况下，目的节点将源节点发射的信号和中继节点发射的信号进行最大比合并后再进行解码。然而，该传输方法忽略了信道状态对传输性能的影响：一方面，在源节点到目的节点链路较好时，中继节点无需浪费能量协作信息传输，相反由于半双工中继协作带来的谱效损失可能导致系统性能的降级；另一方面，在中继到目的节点信道衰落较大时，中继节点即使协作信息传输，目的节点仍然无法成功解码信息，导致中继节点能量的浪费。

综上所述，现有技术存在的问题是：目前射频能量收集中继网络中的传输方法没有有效利用源节点到目的节点的直传链路，没有联合考虑信道状态和能量状态对网络传输的影响，中继节点仅基于能量状态选择是否协作的传输方法会因半双工协作方式带来的谱效损失引起系统性能的降级，造成中继节点能量的浪费，造成网络传输性能较低。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种射频能量收集中继网络中的协作传输方法。

本发明是这样实现的，一种射频能量收集中继网络中的协作传输方法，所述射频能量收集中继网络中的协作传输方法至少包含一个源节点，一个目的节点和一个中继节点，其中源节点和目的节点具有稳定的电力供给；中继节点为能量受限节点；在源节点广播信号时收集射频信号能量，转化为电能存储在电池中；在信息传输过程中，目的节点根据实时信道状态选择是否需要中继节点协作，中继节点根据自身能量状态和信道状态决策是否协作信息传输。

进一步，所述射频能量收集中继网络中的协作传输方法具体包括以下步骤：

步骤一，目的节点根据信道状态信息判断是否需要中继协作传输信息，若不需要中继协作传输，则转步骤四；若需要中继协作传输，则转步骤二；

步骤二，目的节点计算中继节点的协作效益因子，并判断是否请求中继协作传输，若中继节点的协作效益因子不小于门限值，则目的节点请求中继节点协作信息传输，转步骤三；若中继节点的协作效益因子小于门限值，则目的节点不请求中继节点协作信息传输，转步骤五；

步骤三，中继节点基于自身电池的能量状态和信道状态信息判断是否协作源节点到目的节点的信息传输，若中继节点不协作信息传输，则转步骤五；若中继节点协作信息传输，则转步骤六；

步骤四，网络执行传输模式I，即源节点在整个时隙的持续时间T内向目的节点发送信息信号，目的节点接收该信号并对接收到的信号进行信息检测，在此期间中继节点进行射频能量收集；

步骤五，网络执行传输模式II，即源节点在整个时隙的持续时间T内广播射频能量信号，中继节点进行射频能量收集，目的节点关闭电路节省能量；

步骤六，网络执行传输模式III，在时隙的前T/2时间内，源节点广播信息信号，中继节点接收该信号并进行解码，目的节点接收该信号暂不解码；在时隙的后T/2时间内，中继节点将解码后的信息再编码，并向目的节点转发编码后的信号，目的节点接收该中继转发信号并将其与源节点广播的信号进行最大比合并，最后进行解码。

进一步，所述步骤一中的具体包括：

第一步，源节点S广播导频序列，中继节点R估计源节点S到中继节点R的信道衰落因子h_sr(t)，目的节点D估计源节点S到目的节点D的信道衰落因子h_sd(t)；

第二步，中继节点R广播导频序列，目的节点D估计中继节点R到目的节点D的信道衰落因子h_rd(t)；

第三步，目的节点D计算当前时隙信号通过源节点S到目的节点D间直传链路后的接收信噪比γ_sd(t)，并与解码信噪比门限γ_o进行比较，判断当前时隙是否需要中继节点R协作传输：若γ_sd(t)≥γ_o，则目的节点D判定当前时隙不需要中继协作传输，广播信令信号x^I，告知源节点S和中继节点R当前时隙网络执行传输模式I，转步骤四；若γ_sd(t)＜γ_o，则目的节点D判定当前时隙需要中继协作传输，转步骤二。

进一步，所述第三步中的信号通过S→D链路后在目的节点D处的接收信噪比γ_sd(t)和解码信噪比门限γ_o分别计算如下：

其中，P_S为源节点的额定发射功率，

为目的节点D处的高斯白噪声方差，R_t为网络的目标传输速率，|·|²为取模值平方运算符。

进一步，所述步骤二中的具体包括：

第一步，目的节点D计算当前时隙中继节点的协作效益因子β(t)，该协作效益因子定义为

其中P_R为中继节点R的额定发射功率；

第二步，目的节点D计算当前时隙协作效益因子判决门限β_th(t)如下：

其中，γ₁表示半双工中继协作下信息的接收端，中继节点R和目的节点D，正确解码接收信号的信噪比门限，定义为

第三步，目的节点D比较中继协作效益因子β(t)及其门限值β_th(t)：若β(t)≥β_th(t)，则目的节点D向中继节点R发送信令信号x^h，请求中继节点R协作当前时隙的信息传输，转步骤三；若β(t)＜β_th(t)，则目的节点D广播信令信号x^II，告知源节点S和中继节点R当前时隙网络执行传输模式II，转步骤五。

进一步，所述步骤三中的具体包括：

第一步，中继节点R检测自身电池的能量状态E_s(t)，并计算当前时隙自身在协作传输情况下接收源节点信号的接收信噪比

其中

为中继节点R处的高斯白噪声方差；

第二步，中继节点R判断是否协作传输：若能量状态E_s(t)不小于协作能量消耗E_c(E_s(t)≥E_c)且期望接收信噪比γ_sr(t)不小于信噪比门限γ₁(γ_sr(t)≥γ₁)，则中继节点R协作信息传输并广播信令信号x^III，告知源节点S和目的节点D当前时隙网络执行传输模式III，转步骤六；否则，中继节点R不协作信息传输并广播信令信号x^II，告知源节点S和目的节点D当前时隙网络执行传输模式II，转步骤五；其中，协作能量消耗E_c计算如下：

E_c＝P_RT。

进一步，所述第一步的中继节点电池的能量状态E_s(t)的更新表达式如下：

E_s(t)＝E_s(t-1)+Λ(t-1)E_h(t-1)-(1-Λ(t-1))E_c；

其中Λ(t-1)为协作指示函数，定义如下：

E_h(t-1)＝P_S|h_sr(t-1)|²ηT为中继节点在第t-1时隙中若不协作传输能够收集到的能量，η为射频能量向电能的转化效率。

进一步，所述第一步中的中继节点R的额定发射功率P_R的最优选择是基于网络参数以及无线信道的统计特性，具体取值由下式决定：

其中，参数λ在瑞利衰落信道下的取值由下式给出：

Ω_sd、Ω_sr和Ω_rd分别为源节点S到目的节点D、源节点S到中继节点R和中继节点R到目的节点D的信道增益的均值，参数

和

的取值为

以及

本发明的优点及积极效果为：本发明所提出的传输方法联合考虑了网络的信道状态和中继节点的能量状态，设计了三种网络传输模式，通过网络智能选取合适的传输模式，更加合理地利用了网络的频谱和能量资源，同时使得网络传输的中断概率得到明显下降，传输可靠性显著提升，具体的：提出的传输方法一方面考虑了射频能量收集中继网络中中继节点发射功率有限的网络特性，充分利用了源节点到目的节点的直传链路，在网络需要中继节点协作时，目的节点对源节点和中继节点传输的信号进行最大比合并，增强网络的接收信噪比，改善通信质量；另一方面，在网络不需要中继节点协作时，中继节点进行射频能量收集，相比现有基于中继能量状态的协作传输方法避免了在不需要中继协作时中继依然进行信息的解码转发造成的能量浪费；最后，本发明给出了最优的中继发射功率随网络参数变化的函数，能够指导实际工程中中继节点发射功率的选择，通过选择最优的中继发射功率可以降低网络传输的中断概率，进一步提高网络传输的可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的射频能量收集中继网络中的协作传输方法流程图。

图2是本发明实施例提供的射频能量收集中继网络系统模型图。

图3是本发明实施例提供的射频能量收集中继网络中的协作传输方法的实现流程图。

图4是本发明实施例提供的三种网络传输模式的时隙分配模型图。

图5是本发明实施例提供的仿真实验中本发明下随中继节点发射功率变化的网络传输中断概率效果图。

图6是本发明实施例提供的仿真实验中本发明下随源节点发射功率变化的网络传输中断概率效果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的射频能量收集中继网络中的协作传输方法包括以下步骤：

S101：目的节点根据信道状态信息判断是否需要中继协作传输信息，若不需要中继协作传输，则转步骤四；若需要中继协作传输，则转步骤二；

S102：目的节点计算中继节点的协作效益因子，并判断是否请求中继协作传输，若中继节点的协作效益因子不小于门限值，则目的节点请求中继节点协作信息传输，转步骤三；若中继节点的协作效益因子小于门限值，则目的节点不请求中继节点协作信息传输，转步骤五；

S103：中继节点基于自身电池的能量状态和信道状态信息判断是否协作源节点到目的节点的信息传输，若中继节点不协作信息传输，则转步骤五；若中继节点协作信息传输，则转步骤六；

S104：网络执行传输模式I，即源节点在整个时隙的持续时间T内向目的节点发送信息信号，目的节点接收该信号并对接收到的信号进行信息检测，在此期间中继节点进行射频能量收集；

S105：网络执行传输模式II，即源节点在整个时隙的持续时间T内广播射频能量信号，中继节点进行射频能量收集，目的节点关闭电路节省能量；

S106：网络执行传输模式III，在时隙的前T/2时间内，源节点广播信息信号，中继节点接收该信号并进行解码，目的节点接收该信号暂不解码；在时隙的后T/2时间内，中继节点将解码后的信息再编码，并向目的节点转发编码后的信号，目的节点接收该中继转发信号并将其与源节点广播的信号进行最大比合并，最后进行解码。

下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。

如图2所示，本发明使用的射频能量收集中继网络，包含一个源节点，一个目的节点和一个中继节点，其中源节点和目的节点具有稳定的电力供给；中继节点为能量受限节点，并配备有射频能量收集装置，能够在源节点广播信号时收集射频信号能量，并转化为电能存储在电池中；源节点需要将信息发往目的节点，但源节点到目的节点的信道经历深衰落，故而希望中继节点协作传输提高网络传输的可靠性。

如图3所示，本发明的射频能量收集中继网络中的协作传输方法包括以下步骤：

步骤1：源节点S广播导频序列，中继节点R估计源节点S到中继节点R的信道衰落因子h_sr(t)，目的节点D估计源节点S到目的节点D的信道衰落因子h_sd(t)；中继节点R广播导频序列，目的节点D估计中继节点R到目的节点D的信道衰落因子h_rd(t)；目的节点D根据信道状态信息判断是否需要中继协作传输信息，若不需要中继协作传输，广播信令信号x^I，转步骤4；若需要中继协作传输，则转步骤2；判断过程如下：

1.1)目的节点D计算当前时隙信号通过源节点S到目的节点D间直传链路后的接收信噪比

其中，P_S为源节点的额定发射功率，

为目的节点D处的高斯白噪声方差，|·|²为取模值平方运算符；

1.2)目的节点D将接收信噪比γ_sd(t)与无中继协作解码信噪比门限γ_o进行比较，若γ_sd(t)≥γ_o，则目的节点D判定当前时隙不需要中继节点R协作传输；若γ_sd(t)＜γ_o，则目的节点D判定当前时隙需要中继节点R协作传输；其中，无中继协作解码信噪比门限γ_o由下式计算得到：

其中，R_t为网络的目标传输速率。

步骤2：目的节点D判断是否请求中继协作传输，若目的节点D请求中继节点R协作信息传输，则目的节点D向中继节点R发送信令信号x^h，转步骤3；若目的节点D不请求中继节点协作信息传输，则目的节点D广播信令信号x^II，告知源节点S和中继节点R当前时隙网络执行传输模式II，转步骤5；判断过程如下：

2.1)目的节点D计算当前时隙中继节点R的协作效益因子β(t)，该协作效益因子定义为

其中，P_R为中继节点的额定发射功率，由下式确定：

其中，参数λ在瑞利衰落信道下的取值由下式给出：

Ω_sd、Ω_sr和Ω_rd分别为源节点S到目的节点D、源节点S到中继节点R和中继节点R到目的节点D的信道增益的均值，参数

和

的取值为

以及

γ₁表示半双工中继协作下信息接收端能够正确解码信号的信噪比门限，定义为

为中继节点R处的高斯白噪声方差，η为射频能量向电能的转化效率；

2.2)目的节点D计算当前时隙协作效益因子门限β_th(t)如下：

2.3)目的节点D比较中继协作效益因子β(t)及其门限值β_th(t)：若β(t)≥β_th(t)，则目的节点D请求中继节点R协作信息传输；若β(t)＜β_th(t)，则目的节点D不请求中继节点R协作信息传输。

步骤3：中继节点R判断是否协作源节点S到目的节点D的信息传输，若中继节点R不协作信息传输，则中继节点R广播信令信号x^II，告知源节点S和目的节点D当前时隙网络执行传输模式II，转步骤5；若中继节点R协作信息传输，则中继节点R广播信令信号x^III，告知源节点S和目的节点D当前时隙网络执行传输模式III，转步骤6；判断过程如下：

3.1)中继节点R检测自身电池的能量状态E_s(t)，并计算当前时隙自身在协作传输情况下接收源节点信号的接收信噪比(期望接收信噪比)

中继节点R电池的能量状态E_s(t)的更新表达式如下：

E_s(t)＝E_s(t-1)+Λ(t-1)E_h(t-1)-(1-Λ(t-1))E_c；

其中Λ(t-1)为协作指示函数，定义如下：

E_h(t-1)＝P_S|h_sr(t-1)|²ηT为中继节点R在第t-1时隙中若不协作传输能够收集到的能量，E_c＝P_RT为中继节点R的协作能量消耗；

3.2)中继节点执行判断：若能量状态E_s(t)不小于协作能量消耗E_c(E_s(t)≥E_c)且期望接收信噪比γ_sr(t)不小于信噪比门限γ₁(γ_sr(t)≥γ₁)，则中继节点R协作信息传输；否则，中继节点R不协作信息传输。

步骤4：如图4所示，网络执行传输模式I，即源节点S在整个时隙的持续时间T内向目的节点D发送信息信号，目的节点D接收该信号并对接收到的信号进行信息检测，在此期间中继节点R进行射频能量收集。

步骤5：如图4所示，网络执行传输模式II，即源节点S在整个时隙的持续时间T内广播射频能量信号，中继节点R进行射频能量收集，目的节点D关闭电路节省能量。

步骤6：如图4所示，网络执行传输模式III，在时隙的前T/2时间内，源节点S广播信息信号，中继节点R接收该信号并进行解码，目的节点D接收该信号暂不解码；在时隙的后T/2时间内，中继节点R将解码后的信息再编码，并向目的节点D转发编码后的信号，目的节点D接收该中继节点R转发信号并将其与源节点S广播的信号进行最大比合并，最后进行解码。

下面结合仿真实验对本发明的应用效果作详细的描述。

图5给出了本发明网络传输中断概率随中继节点发射功率的变化曲线。从仿真结果可以看出，随着中继节点发射功率的不断增大，传输中断概率先逐渐降低，再逐渐升高。这是由于当中继节点发射功率较低时，随着中继节点发射功率的不断增加，目的节点的接收信噪比不断提升，网络传输的中断概率随之下降。但是当中继节点的发射功率较高时，虽然中继节点继续提高发射功率能够增加目的节点的接收信噪比，但是继续提高中继发射功率会使得中继节点由于能量不足不能协作传输的概率增大，导致系统性能开始降级。另一方面，仿真结果验证了本发明给出的最优中继发射功率，可以看到在中继节点选用本发明给出的最优发射功率时网络的传输中断概率达到最小值。

图6给出了本发明网络传输中断概率随源节点发射功率的变化曲线。从仿真结果可以看出，随着源节点发射功率的不断增大，网络传输中断概率不断降低，传输的可靠性得到提升。另一方面，仿真结果对比了本发明，无中继协作传输方法，以及基于中继能量状态的传输方法所能达到的网络传输中断概率性能。从仿真结果可以看出，本发明通过基于网络信道状态和能量状态更加智能地选择传输模式，能够有效提升网络传输的可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种射频能量收集中继网络中的协作传输方法，其特征在于，所述射频能量收集中继网络中的协作传输方法所适用的网络架构至少包含一个源节点，一个目的节点和一个中继节点，其中源节点和目的节点具有稳定的电力供给；中继节点为能量受限节点，并在源节点广播信号时收集射频信号能量，转化为电能存储在电池中；在信息传输过程中，目的节点根据实时信道状态选择是否需要中继节点协作，中继节点根据自身能量状态和信道状态决策是否协作信息传输；

所述射频能量收集中继网络中的协作传输方法具体包括以下步骤：

步骤一，目的节点根据信道状态信息判断是否需要中继协作传输信息，若不需要中继协作传输，则转步骤四；若需要中继协作传输，则转步骤二；

步骤二，目的节点计算中继节点的协作效益因子，并判断是否请求中继协作传输，若中继节点的协作效益因子不小于门限值，则目的节点请求中继节点协作信息传输，转步骤三；若中继节点的协作效益因子小于门限值，则目的节点不请求中继节点协作信息传输，转步骤五；

步骤三，中继节点基于自身电池的能量状态和信道状态信息判断是否协作源节点到目的节点的信息传输，若中继节点不协作信息传输，则转步骤五；若中继节点协作信息传输，则转步骤六；

步骤四，网络执行传输模式I，即源节点在整个时隙的持续时间T内向目的节点发送信息信号，目的节点接收该信号并对接收到的信号进行信息检测，在此期间中继节点进行射频能量收集；

步骤五，网络执行传输模式II，即源节点在整个时隙的持续时间T内广播射频能量信号，中继节点进行射频能量收集，目的节点关闭电路节省能量；

步骤六，网络执行传输模式III，在时隙的前T/2时间内，源节点广播信息信号，中继节点接收该信号并进行解码，目的节点接收该信号暂不解码；在时隙的后T/2时间内，中继节点将解码后的信息再编码，并向目的节点转发编码后的信号，目的节点接收该中继转发信号并将其与源节点广播的信号进行最大比合并，最后进行解码。

2.如权利要求1所述的射频能量收集中继网络中的协作传输方法，其特征在于，所述步骤一中的具体包括：

第一步，源节点S广播导频序列，中继节点R估计源节点S到中继节点R的信道衰落因子h_sr(t)，目的节点D估计源节点S到目的节点D的信道衰落因子h_sd(t)；

第二步，中继节点R广播导频序列，目的节点D估计中继节点R到目的节点D的信道衰落因子h_rd(t)；

第三步，目的节点D计算当前时隙信号通过源节点S到目的节点D间直传链路后的接收信噪比γ_sd(t)，并与解码信噪比门限γ_o进行比较，判断当前时隙是否需要中继节点R协作传输：若γ_sd(t)≥γ_o，则目的节点D判定当前时隙不需要中继协作传输，广播信令信号x^I，告知源节点S和中继节点R当前时隙网络执行传输模式I，转步骤四；若γ_sd(t)＜γ_o，则目的节点D判定当前时隙需要中继协作传输，转步骤二。

3.如权利要求2所述的射频能量收集中继网络中的协作传输方法，其特征在于，所述第三步中的信号通过S→D链路后在目的节点D处的接收信噪比γ_sd(t)和解码信噪比门限γ_o分别计算如下：

其中，P_S为源节点S的额定发射功率，

为目的节点D处的高斯白噪声方差，R_t为网络的目标传输速率，|·|²为取模值平方运算符。

4.如权利要求1所述的射频能量收集中继网络中的协作传输方法，其特征在于，所述步骤二中的具体包括：

第一步，目的节点D计算当前时隙中继节点的协作效益因子β(t)，该协作效益因子定义为

其中P_R为中继节点R的额定发射功率；

第二步，目的节点D计算当前时隙协作效益因子判决门限β_th(t)如下：

其中，γ₁表示半双工中继协作下信息的接收端，中继节点R和目的节点D，正确解码接收信号的信噪比门限，定义为

第三步，目的节点D比较中继协作效益因子β(t)及其门限值β_th(t)：若β(t)≥β_th(t)，则目的节点D向中继节点R发送信令信号x^h，请求中继节点R协作当前时隙的信息传输，转步骤三；若β(t)＜β_th(t)，则目的节点D广播信令信号x^II，告知源节点S和中继节点R当前时隙网络执行传输模式II，转步骤五。

5.如权利要求1所述的射频能量收集中继网络中的协作传输方法，其特征在于，所述步骤三中的具体包括：

第一步，中继节点R检测自身电池的能量状态E_s(t)，并计算当前时隙自身在协作传输情况下接收源节点S信号的接收信噪比

其中

为中继节点R处的高斯白噪声方差；

第二步，中继节点R判断是否协作传输：若能量状态E_s(t)不小于协作能量消耗E_c(E_s(t)≥E_c)且期望接收信噪比γ_sr(t)不小于信噪比门限γ₁(γ_sr(t)≥γ₁)，则中继节点协作信息传输并广播信令信号x^III，告知源节点S和目的节点D当前时隙网络执行传输模式III，转步骤六；否则，中继节点R不协作信息传输并广播信令信号x^II，告知源节点S和目的节点D当前时隙网络执行传输模式II，转步骤五；其中，协作能量消耗E_c计算如下：

E_c＝P_RT。

6.如权利要求5所述的射频能量收集中继网络中的协作传输方法，其特征在于，所述第一步的中继节点电池的能量状态E_s(t)的更新表达式如下：

E_s(t)＝E_s(t-1)+Λ(t-1)E_h(t-1)-(1-Λ(t-1))E_c；

其中Λ(t-1)为协作指示函数，定义如下：

E_h(t-1)＝P_S|h_sr(t-1)|²ηT为中继节点在第t-1时隙中若不协作传输能够收集到的能量，η为射频能量向电能的转化效率。

7.如权利要求4所述的射频能量收集中继网络中的协作传输方法，其特征在于，所述第一步中的中继节点R的额定发射功率P_R的最优选择是基于网络参数以及无线信道的统计特性，具体取值由下式决定：

其中，参数λ在瑞利衰落信道下的取值由下式给出：

Ω_sd、Ω_sr和Ω_rd分别为源节点S到目的节点D、源节点S到中继节点R和中继节点R到目的节点D的信道增益的均值，参数

和

的取值为

以及

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