CN109510673A - 一种能量有效的次用户信息传输方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种能量有效的次用户信息传输方法，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；本发明发挥直接传输和物理层网络编码传输两种方法的优点，使两个次用户之间信息交换的能量效率提高。

Description

一种能量有效的次用户信息传输方法及系统

技术领域

本发明属于认知无线电技术领域，具体涉及一种能量有效的次用户信息传输方法。

背景技术

认知无线电(CR,cognitive radio)可以允许次用户(SU,secondary user)接入主用户(PU,primary user)频谱进行通信以提高频谱效率。次用户SU可以在下垫式(underlay)方式下接入主用户频谱，即次用户控制传输功率为确保对主用户接收机的干扰不超过主用户接收机预设的干扰容忍门限，保证主用户的服务质量(QoS,quality ofservice)。此外，次用户双向信息传输的吞吐量可以通过双向次用户中继(SR,secondaryrelay)传输改善，如物理层网络编码(PNC,physical-layer network coding)模式和模拟网络编码(ANC,analog network coding)模式。与此同时，随着通信技术的应用和发展，能源消耗急剧增加，次用户双向信息传输的能量效率(EE,energy efficiency)，如bit/J，受到越来越多的关注。CR网络的EE尤为重要，这是因为认知功能的实现比非CR网络需要消耗更多的能量。

现有的一些文献通过增强中继的传输能力来改善双向中继传输的EE。文献《underlay认知多用户双向中继网络的能量效率》(Q.Li,F.Liu,and X.Zhou,“Energyefficiency for underlay cognitive multiuser two-way relay networks,”WirelessPers.Commun.,vol.86,no.3,pp.1541-1555,Feb.2016.)中，次用户在具有多个天线的双向中继辅助下传输，并且求解在干扰约束下的最优EE。文献《具有非理想功率放大器和不可忽略电路功率的全双工双向继电的能效最大化》(Q.Cui,T.Zhang,and M.Valkama,“Energyefficiency maximization of full-duplex two-way relay with non-ideal poweramplifiers and non-negligible circuit power,”IEEE Trans.Wireless Commun.,vol.16,no.9,pp.2809-2823,Sept.2017.)中，两个次用户在全双工双向中继的辅助下传输，并求解在传输速率和发射功率约束下的最优EE。

对于半双工和单天线的一般中继辅助的双向信息传输，传输选择方案能够有效提高EE。在《能量效率最大化的自适应无线传输策略》(C.Cai,R.Qiu,and X.Jiang,“Adaptivewireless transmission strategy for maximizing energy efficiency,”EurasipJournal.Wireless Commun.&Networking,vol.20,pp.1–10,Dec.2016.)中，次用户基于传输速率，在直接传输(DT,direct transmission)模式和ANC模式之间选择更高能效的传输模式。这是因为DT和中继传输有它们自己的优点，并且需要根据系统要求来选择。然而，与ANC模式相比，PNC模式可以在中继接收信号并重新编码时减少中继噪声的影响。基于PNC方式的优点，本发明提出了一种通过选择DT或PNC传输模式来获得高EE的传输方案。与《能量效率最大化的自适应无线传输策略》不同，本发明提出的方案是在两个传输模式中选择能量效率高的那个进行通信。需要根据信道状态信息(CSI,channel state information)和发射功率等实际传输条件估计DT和PNC模式的EE。因此，可以确认所采用的传输模式具有较高的EE，不需要对系统进行参数优化。

为了进一步改善CR系统的EE，在认知中继网络中引入能量收集(EH,energyharvesting)可以解决高能耗问题，延长次用户的寿命。EH技术将可再生资源(如，热能、振动、太阳能、声能、射频信号等)转化为电能，包括时间切换方案(TS,time-switchingscheme)和功率分配方案(PS,power-splitting scheme)。在TS中，信号接收和EH按预定顺序执行，而在PS中，它们同时执行。根据CSI和信噪比，认知中继系统可以自适应地调整TS因子(《基于能量收集中继的自适应时间切换协议》H.Ding,X.Wang,and D.B.D.Costa,“Adaptive time-switching based energy harvesting relaying protocols,”IEEETrans.Commun.,vol.65,no.7,pp.2821-2837,Apr.2017.)或PS比(《协作能量收集通信系统中容量最大化自适应功率分配协议》M.Ashraf,J.W.Jang,and J.K.Han,“CapacityMaximizing Adaptive Power Splitting Protocol for Cooperative EnergyHarvesting Communication Systems,”IEEE Commun.Letters,vol.22,no.5,pp.902–905,May.2018.)，以达到最优吞吐量。在文献《认知中继网络中的无线能量收集》(Y.Liu,S.A.Mousavifar,and Y.Dend,“Wireless energy harvesting in a cognitive relaynetwork,”IEEE Trans.Wireless Commun.,vol.15,no.4,pp.2498–2508,Apr.2016.)中，分析了TS中，认知中继系统的中断概率和吞吐量。在文献《基于能量收集的DF增量中继在underlay认知无线电网络中的性能》(K.Janghel and S.Prakriya,“Performance of DFincremental relaying with energy harvesting relays in underlay CRNs,”IEEEConf.WPMC,Yocyakarta,Indonesia,pp.494-499,2017.)中，当直接链路中断时，可以利用EH中继对次用户信号进行转发，以达到最优吞吐量。上述EH方案表明，采用EH中继可以有效地提高CR系统的传输性能。因此，本发明将EH结合到双向中继传输中，以提高次用户双向传输的EE。

对比现有发明关于认知无线电网络中的信息传输方法，《一种基于LT码重要性采样的高能效感知信息传输方法》(中国，公开号：104158622A，公开日：2014-11-19，申请号：201410351433.1)所述信息传输方式为感知用户将感知信息传输至所在簇的簇头的方式；《一种认知无线电传感器网络信息传输方法》(中国，公开号：102083101B，公开日：2013-10-30，申请号：201110026362.4)是考虑多跳中继的多路由规划，选择具有最小转发代价的路径，以获得网络吞吐量和生命周期的最大化；《一种应用于认知无线电系统中的认知用户信息传输方法》(中国，公开号：105049139A，公开日：2015-11-11，申请号：201510394945.0)是在用户之间链路传输失败的时候选择中继传输，所关注的是系统传输中断概率和分集复用折中性能；《一种基于协作通信的高安全能量效率的信息传输方法》(中国，公开号：106879029A，公开日：2017-06-20，申请号：201710114379.2)为提高主用户安全能量效率，主用户接收机将主用户发射机传输的信息与次用户转发的主用户发射机传输信息进行合并，并将合并后的信息作为主用户最终的接收信息。

以上现有技术中，次用户之间的信息交互仅能通过直接传输模式或者物理层网络编码传输模式进行，当直接传输模式或者物理层网络编码模式同时进行时，需要次用户对信息状态信息和传输功率有完美估计，估计误差的存在会对最终传输模式的选择和系统能量效率产生影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于认知无线电网络中的，次用户可以根据预估的信道状态信息和传输功率等，从DT模型和PNC模型中选择高能量的传输方案，以提高系统能量效率。

本发明技术方案如下：

一种能量有效的次用户信息传输方法，包括以下步骤：

(1)控制次用户在下垫式(underlay)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。

信道状态信息包括信道增益。

所述步骤(4)选择预估的能量效率高的传输模型并完成信息传输，具体包括以下步骤：

(401)当物理层网络编码传输模式的能量效率小于等于直接传输模式的能量效率，选择直接传输模式；在第一时隙，控制次用户SU₁通过直接链路将信息发送给次用户SU₂，在第二时隙，控制次用户SU₂通过直接链路将信息发送给次用户SU₁，次用户中继SR处于休眠状态；

(402)当物理层网络编码传输模式的能量效率大于直接传输模式的能量效率，选择物理层网络编码传输模式；控制次用户SU₁和次用户SU₂向次用户中继SR发送请求信号，次用户中继SR被激活且发送应答信号至次用户SU₁和次用户SU₂，次用户SU₁和次用户SU₂接收到应答信号后利用次用户中继SR进行双向信息传输；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，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，一部分用于能量收集，另一部分用于信息解码；在第二个时隙，次用户中继SR将解码的信息重新编码并转发信息至次用户SU₁和次用户SU₂。

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(direct transmission，DT)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(单位为bit/J)；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]；其中表示主用户接收机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

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)。

一种能量有效的次用户信息传输系统，包括频谱接入方式控制单元、直接链路信息交换单元、信道信息计算单元和传输模式选择单元；

频谱接入方式控制单元控制次用户在下垫式(underlay)的频谱接入方式下接入主用户频谱；；

直接链路信息交换单元基于直接链路控制次用户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；

信道信息计算单元基于次用户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；信道状态信息包括信道增益；

传输模式选择单元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型并完成信息传输。

传输模式选择单元选择预估的能量效率高的传输模型并完成信息传输，具体包括以下步骤：

(401)当预估的物理层网络编码传输模式的能量效率小于等于直接传输模式的能量效率，选择直接传输模式；在第一时隙，控制次用户SU₁通过直接链路将信息发送给次用户SU₂，在第二时隙，控制次用户SU₂通过直接链路将信息发送给次用户SU₁，次用户中继SR处于休眠状态；

(402)当预估的物理层网络编码传输模式的能量效率大于直接传输模式的能量效率，选择物理层网络编码传输模式；控制次用户SU₁和次用户SU₂向次用户中继SR发送请求信号，次用户中继SR被激活且发送应答信号至次用户SU₁和次用户SU₂，次用户SU₁和次用户SU₂接收到应答信号后利用次用户中继SR进行双向信息传输；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，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，一部分用于能量收集，另一部分用于信息解码；在第二个时隙，次用户中继SR将解码的信息重新编码并转发信息至次用户SU₁和次用户SU₂。

传输模式选择单元包括直接传输模式的能量效率预估模块和物理层网络编码传输模式的能量效率预估模块。

直接传输模式的能量效率预估模块进行能量效率预估，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和次用户SU₂的传输功率；所有节点的数据传输速率为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(direct transmission，DT)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：

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

物理层网络编码传输模式的能量效率预估模块进行能量效率预估，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]；其中表示主用户接收机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

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)。

本发明的有益效果包括：

本发明公开一种能量有效的次用户信息传输方法及系统，是在次用户不参与主用户通信的情况下，解决次用户之间双向通信如何获得最大能量效率的问题；次用户SU₁和SU₂根据估计的信道状态信息和传输功率等预估直接和物理层网络编码传输模式的系统能量效率，选择二者中预估能量效率高的传输模型，有效避免直接传输模式在信道状态不好时易中断情况，同时避免双向中继传输系统能量消耗过大的情况；次用户中继可以从两个次用户SU收集能量，以提高EE。

本发明结合非中继直接传输和具有能量收集功能的物理层网络编码传输这两种传输方式的优点；直接传输模型实施简单，当直接链路信道增益较大时获得较高的系统能效。具有能量收集功能的物理层网络编码传输，依靠中继解码转发的功能，提高系统传输的可靠性，能量收集技术又能够有效延长用户使用寿命，提高系统能量效率。次用户SU₁和SU₂根据估计的信道状态信息和传输功率等预估这两个模型的系统能量效率，并选择二者中预估能量效率高的传输模型，这就保证了系统一直处于高能效的状态。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；

图1认知无线电网络与主用户网络的共存模型；

图2本发明的一种能量有效的次用户信息传输方法流程图；

图3直接传输模式通过直接链路完成信息交换的示意图；

图4本发明物理层网络编码传输模式借助具有能量收集的双向解码中继SR完成信息交换的示意图；

图5本发明直接传输模式(DT模式)和PNC模型得到能量效率对比仿真图；

图6本发明物理层网络编码传输模式(PNC模式)具有和不具有能量收集功率的能量效率对比仿真图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效，且为了使该评价方法易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

本发明公开一种能量有效的次用户信息传输方法，本发明的系统模型图如图1所示，认知无线电网络与主用户网络共存。认知无线电网络中存在两个次用户SU₁，SU₂和一个次用户中继SR。主用户网络中有一个主用户发射机PU_T和一个主用户接收机PU_R。次用户SU₁和SU₂能够以下垫式(underlay)的方式接入主用户频谱并进行信息交换，即次用户SU₁和SU₂控制传输功率接入主用户频谱并完成彼此之间的信息交换，以确保其对主用户接收机PU_R的干扰不超过预设门限，保证主用户的QoS。次用户SU₁和SU₂首先利用二者之间的直接链路完成信息交换，此时，次用户中继SR处于休眠状态。一种能量有效的次用户信息传输方法，包括以下步骤：

(1)控制次用户在下垫式(underlay)的频谱接入方式下接入主用户频谱；下垫式频谱接入方式是在主用户存在时，控制次用户SU₁和次用户SU₂的传输功率完成彼此之间的信息交换；控制次用户传输功率是为了确保在接入主用户频谱时，其对主用户接收机PUR的干扰不超过主用户接收机预设的干扰容忍门限，保证主用户的服务质量(quality ofservice，QoS)；

(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型并完成信息传输。

如果预估的物理层网络编码传输模式的能量效率小于等于直接传输模式的能量效率，控制次用户SU₁和SU₂次用户继续在直接传输模式下传输，次用户中继SR继续休眠；如果预估的物理层网络编码传输模式的能量效率大于直接传输模式的能量效率，控制次用户SU₁和次用户SU₂通过两次握手激活具有能量收集功能的中继SR，控制次用户SU₁和次用户SU₂在物理层网络编码传输模式下传输，传输模型选择流程图如图2所示。

信道状态信息包括信道增益。

所述步骤(4)选择预估的能量效率高的传输模型并完成信息传输，具体包括以下步骤：

(401)当预估的物理层网络编码传输模式的能量效率小于等于直接传输模式的能量效率，选择直接传输模式；在第一时隙，控制次用户SU₁通过直接链路将信息发送给次用户SU₂，在第二时隙，控制次用户SU₂通过直接链路将信息发送给次用户SU₁，次用户中继SR处于休眠状态；

(402)当预估的物理层网络编码传输模式的能量效率大于直接传输模式的能量效率，选择物理层网络编码传输模式；控制次用户SU₁和次用户SU₂向次用户中继SR发送请求REQ(request)信号，次用户中继SR被激活且发送应答信号ACK(acknowledge)至次用户SU₁和次用户SU₂，次用户SU₁和次用户SU₂接收到应答信号ACK后利用SR进行双向信息传输；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，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，一部分用于能量收集，另一部分用于信息解码；在第二个时隙，次用户中继SR将解码的信息重新编码并转发信息至次用户SU₁和次用户SU₂。

如图3所示，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和次用户SU₂的传输功率；所有节点的数据传输速率为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(direct transmission，DT)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(单位为bit/J)；直接传输模式的能量效率η_DT计算公式为：

η_DT＝C^DT/E^DT＝[R exp(-λ_ssΛ₁)]/P_s (4)。

如图4所示，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；表示次用户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，|h_pr|²表示主用户接收机PU_R和次用户中继SR之间的信道增益，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]；其中表示主用户接收机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

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)。

一种能量有效的次用户信息传输系统，包括频谱接入方式控制单元、直接链路信息交换单元、信道信息计算单元和传输模式选择单元；

频谱接入方式控制单元控制次用户在下垫式(underlay)的频谱接入方式下接入主用户频谱；下垫式频谱接入方式是在主用户存在时，控制次用户SU₁和次用户SU₂的传输功率完成彼此之间的信息交换；控制次用户传输功率是为了确保在接入主用户频谱时，其对主用户接收机PU_R的干扰不超过主用户接收机预设的干扰容忍门限，保证主用户的服务质量(quality of service，QoS)；

直接链路信息交换单元基于直接链路控制次用户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；

信道信息计算单元基于次用户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；信道状态信息包括信道增益；

传输模式选择单元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型并完成信息传输。

传输模式选择单元选择预估的能量效率高的传输模型并完成信息传输，具体包括以下步骤：

(401)当预估的物理层网络编码传输模式的能量效率小于等于直接传输模式的能量效率，选择直接传输模式；在第一时隙，控制次用户SU₁通过直接链路将信息发送给次用户SU₂，在第二时隙，控制次用户SU₂通过直接链路将信息发送给次用户SU₁，次用户中继SR处于休眠状态；

(402)当预估的物理层网络编码传输模式的能量效率大于直接传输模式的能量效率，选择物理层网络编码传输模式；控制次用户SU₁和次用户SU₂向次用户中继SR发送请求REQ(request)信号，次用户中继SR被激活且发送应答信号ACK(acknowledge)至次用户SU₁和次用户SU₂，次用户SU₁和次用户SU₂接收到应答信号ACK后利用SR进行双向信息传输；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，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，一部分用于能量收集，另一部分用于信息解码；在第二个时隙，次用户中继SR将解码的信息重新编码并转发信息至次用户SU₁和次用户SU₂。

传输模式选择单元包括直接传输模式的能量效率预估模块和物理层网络编码传输模式的能量效率预估模块。

直接传输模式的能量效率预估模块进行能量效率预估，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和次用户SU₂的传输功率；所有节点的数据传输速率为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(direct transmission，DT)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EDT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(单位为bit/J)；直接传输模式的能量效率η_DT计算公式为：

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

物理层网络编码传输模式的能量效率预估模块进行能量效率预估，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；表示次用户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，|h_pr|²表示主用户接收机PUR和次用户中继SR之间的信道增益，主用户接收机PUR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]；其中表示主用户接收机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

事件和计算为：

表示次用户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，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)。

通过仿真对本发明的技术效果进行说明。图5给出本发明实施案例所对应在次用户不同传输功率P_s下的能量效率曲线，所对比的曲线为信道增益均值的倒数分别为λ_ss＝4，λ_ss＝8和λ_ss＝10时，DT模型的能量效率，以及公式(12)PNC模型的能量效率。相关参数设置为：信道增益均值的倒数λ_ps＝λ_pr＝10，λ_sr＝1，主用户干扰门限值P_th＝80mW，噪声方差N₀＝5mW，信息传输速率R＝1bps/Hz。由图5可见，PNC模式的能量效率不总是高于或低于DT模式，这证明了提出的传输方案的选择是必要的。本发明的方法保证次用户一直选择两个模型中能量效率高的那个进行通信，有效的提高了系统能量效率。

图6为本发明案例所对应在次用户不同传输速率R下的能量效率曲线，所对比的曲线为次用户传输功率分别为P_s＝0.2W，P_s＝0.4W和P_s＝0.6W时，PNC模型进行能量收集和不进行能量收集的能量效率。相关参数设置为：信道增益均值的倒数λ_ps＝λ_pr＝10，λ_sr＝1，主用户干扰门限值P_th＝80mW，噪声方差N₀＝5mW，能量转换效率μ＝0.6，功率分配率ρ＝0.6。由图6可见，具有能量收集功能的PNC模型相比不具有能量收集功能的PNC模型，能够有效提高系统能量效率。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组间可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组间组合成一个模块或单元或组间，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组间。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。

这里描述的各种技术可结合硬件或软件，或者它们的组合一起实现。从而，本发明的方法和设备，或者本发明的方法和设备的某些方面或部分可采取嵌入有形媒介，例如软盘、CD-ROM、硬盘驱动器或者其它任意机器可读的存储介质中的程序代码(即指令)的形式，其中当程序被载入诸如计算机之类的机器，并被所述机器执行时，所述机器变成实践本发明的设备。

在程序代码在可编程计算机上执行的情况下，计算设备一般包括处理器、处理器可读的存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)，至少一个输入装置，和至少一个输出装置。其中，存储器被配置用于存储程序代码；处理器被配置用于根据该存储器中存储的所述程序代码中的指令，执行本发明的评价方法。

以示例而非限制的方式，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息。通信介质一般以诸如载波或其它传输机制等已调制数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据，并且包括任何信息传递介质。以上的任一种的组合也包括在计算机可读介质的范围之内。

如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

本领域内的技术人员可以对本发明进行改动或变型的设计但不脱离本发明的思想和范围。因此，如果本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同的技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

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。

2.根据权利要求1所述的一种能量有效的次用户信息传输方法，其特征在于，

信道状态信息包括信道增益。

3.根据权利要求1所述的一种能量有效的次用户信息传输方法，其特征在于，

所述步骤(4)选择预估的能量效率高的传输模型并完成信息传输，具体包括以下步骤：

(401)当物理层网络编码传输模式的能量效率小于等于直接传输模式的能量效率，选择直接传输模式；在第一时隙，控制次用户SU₁通过直接链路将信息发送给次用户SU₂，在第二时隙，控制次用户SU₂通过直接链路将信息发送给次用户SU₁，次用户中继SR处于休眠状态；

(402)当物理层网络编码传输模式的能量效率大于直接传输模式的能量效率，选择物理层网络编码传输模式；控制次用户SU₁和次用户SU₂向次用户中继SR发送请求信号，次用户中继SR被激活且发送应答信号至次用户SU₁和次用户SU₂，次用户SU₁和次用户SU₂接收到应答信号后利用次用户中继SR进行双向信息传输；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，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，一部分用于能量收集，另一部分用于信息解码；在第二个时隙，次用户中继SR将解码的信息重新编码并转发信息至次用户SU₁和次用户SU₂。

4.根据权利要求1所述的一种能量有效的次用户信息传输方法，其特征在于，

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)。

5.根据权利要求1所述的一种能量有效的次用户信息传输方法，其特征在于，

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]；其中表示主用户接收机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

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)。

6.一种能量有效的次用户信息传输系统，其特征在于，

包括频谱接入方式控制单元、直接链路信息交换单元、信道信息计算单元和传输模式选择单元；

频谱接入方式控制单元控制次用户在下垫式的频谱接入方式下接入主用户频谱；

直接链路信息交换单元基于直接链路控制次用户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；

信道信息计算单元基于次用户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；信道状态信息包括信道增益；

传输模式选择单元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型并完成信息传输。

7.根据权利要求6所述的一种能量有效的次用户信息传输系统，其特征在于，

传输模式选择单元选择预估的能量效率高的传输模型并完成信息传输，具体包括以下步骤：

(401)当预估的物理层网络编码传输模式的能量效率小于等于直接传输模式的能量效率，选择直接传输模式；在第一时隙，控制次用户SU₁通过直接链路将信息发送给次用户SU₂，在第二时隙，控制次用户SU₂通过直接链路将信息发送给次用户SU₁，次用户中继SR处于休眠状态；

(402)当预估的物理层网络编码传输模式的能量效率大于直接传输模式的能量效率，选择物理层网络编码传输模式；控制次用户SU₁和次用户SU₂向次用户中继SR发送请求信号，次用户中继SR被激活且发送应答信号至次用户SU₁和次用户SU₂，次用户SU₁和次用户SU₂接收到应答信号后利用次用户中继SR进行双向信息传输；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，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，一部分用于能量收集，另一部分用于信息解码；在第二个时隙，次用户中继SR将解码的信息重新编码并转发信息至次用户SU₁和次用户SU₂。

8.根据权利要求6所述的一种能量有效的次用户信息传输系统，其特征在于，

传输模式选择单元包括直接传输模式的能量效率预估模块和物理层网络编码传输模式的能量效率预估模块。

9.根据权利要求8所述的一种能量有效的次用户信息传输系统，其特征在于，

直接传输模式的能量效率预估模块进行能量效率预估，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和次用户SU₂的传输功率；所有节点的数据传输速率为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：

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

10.根据权利要求8所述的一种能量有效的次用户信息传输系统，其特征在于，

物理层网络编码传输模式的能量效率预估模块进行能量效率预估，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]；其中表示主用户接收机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

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)。