CN116866949B - 能量缓冲辅助的自适应无线供电协作noma方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能量缓冲辅助的自适应无线供电协作NOMA方法及系统，属于通信技术领域，包括基站(BS)中有固定的能量供应，近端用户(NUs)和远端用户(FUs)是能量消耗节点。在下行链路中，BS向NUs和FUs广播射频信号，NUs和FUs将接收的能量存储在能量缓冲器中。在上行链路中，从N个NUs和N个FUs中选择两对最优组合，并通过NOMA、协作NOMA和OMA信令之间的切换将信号发送到BS。本发明中，用户通过在NM、CNM和OM智能切换，进一步提升了FU的性能以及能量传输的效率和信息传输的速率。在能量收集节点配置了能量缓冲器，并基于不同的能量管理策略来管理能量从而进一步提高系统的性能。

Description

能量缓冲辅助的自适应无线供电协作NOMA方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体的说是涉及一种能量缓冲辅助的自适应无线供电协作NOMA方法及系统。

背景技术

近年来，越来越多能量受限的无线设备连接到物联网(IoT)中，多址解决方案得到了广泛的研究。非正交多址(NOMA)接入技术是近年来无线通信领域的重要技术之一。在NOMA系统中，多个用户使用同一频带进行无线通信，而不同用户的信号重叠在同一时间和频率资源上，以提高频谱效率和用户数量。与正交多址(OMA)相比，NOMA不仅可以提高频谱效率，还可以促进大规模的连接。此外，NOMA可以进一步提高用户公平性和中断性能。为了进一步提高NOMA系统的性能，提出了一种协作NOMA系统。在协作NOMA系统中，信号的发射由多个用户同时完成，接收端设备利用节点中缓存的能量进行信号解码，以提高解码性能和系统容量。这种方法既可以提高系统性能，又可以降低系统能量消耗和信道干扰。除此以外，用户通过在NOMA、协作NOMA、OMA三种模式之间进行切换可以进一步提高系统的性能。其利用无线信号向设备供电并采用适应性的接入技术，根据不同用户的需求和信道特性进行灵活的带宽分配。自适应系统的特点是根据实时网络环境及信道状况，自主选择合适的接入方式、调整带宽和功率，以实现最大化的系统性能。

基于以上驱动，本发明提出了能量缓冲器辅助的自适应无线供电协作NOMA方法及系统。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种能量缓冲辅助的自适应无线供电协作NOMA方法及系统。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种能量缓冲辅助的自适应无线供电协作NOMA方法，包括以下步骤：

基站将导频信号和射频信号传输给第一能量消耗节点和第二能量消耗节点；

所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点将所述射频信号转换成能量存储在对应的能量缓冲器中，并根据所述导频信号采集各自的信道信息和能量信息，生成反馈信号；

所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点根据所使用的能量管理策略确定向所述基站传送数据时的发射功率，并向所述基站发送所述反馈信号；

所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点根据自身反馈给所述基站的所述反馈信号确定通信模式，并根据确定的通信模式进行信号传输。

所述通信模式包括非正交多址模式、协作非正交多址模式、正交多址模式。

优选的，所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点根据自身反馈给所述基站的反馈信号确定通信模式具体包括：

假设第一能量消耗节点表示为第二能量消耗节点表示为其中R_N表示第一能量消耗节点的目标数据速率，R_F表示第二能量消耗节点的目标数据速率；则第一能量消耗节点的反馈信号的解码状态kⁿ和第二能量消耗节点的反馈信号的解码状态k^f表示为：

其中，为第一能量消耗节点的信噪比/>为第二能量消耗节点的信噪比。

当反馈信号kⁿ＝1,k^f＝1时，所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点使用非正交多址模式传输信号；

当反馈信号kⁿ＝1,k^f＝0时，所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点使用协作非正交多址模式传输信号；

当kⁿ＝0，k^f＝1时或kⁿ＝0，k^f＝0时，所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点使用正交多址模式传输信号。

优选的，所述非正交多址模式为所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点同时向所述基站发送信号，所述基站接收到的信号为：

其中，P_N,P_F分别是第一能量消耗节点和第二能量消耗节点的发射功率；l_N和l_F分别表示第一能量消耗节点的路径损耗和第二能量消耗节点的路径损耗；h_NB表示第一能量消耗节点到基站之间的信道；h_FB表示第二能量消耗节点到基站之间的信道；s₁,s₂分别是第一能量消耗节点和第二能量消耗节点的传输数据；n_NM是噪声，均值为零，方差为

采用连续干扰消除的方法分别对所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点发送信号进行解调，所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点的信噪比分别为

优选的，所述协作非正交多址模式为：

所述第一能量消耗节点使用解码转发协议对来自所述第二能量消耗节点的信号进行解码；

假设所述第一能量消耗节点正确解码来自所述第二能量消耗节点的信号，其信号定义为s′₂；

所述第一能量消耗节点向所述第二能量消耗节点发送叠加信号，利用存储的能量进行解码和传输；

所述基站接收到的信号为：

其中，P_N为第一能量消耗节点的发射功率，发射功率P_N分为两部分，即s₁的信号传输功率τP_N和s′₂的信号传输功率(1-τ)P_N，其中τ为分配因子，且0≤τ≤1；n_CNM是噪声其均值为零，方差为l_N表示第一能量消耗节点的路径损耗；h_NB表示第一能量消耗节点到基站之间的信道；s₁是第一能量消耗节点的传输数据；

所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点的信噪比分别为：

优选的，正交多址模式为所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点分两个时隙向所述基站发送信号；具体包括：

在第一个时隙中，所述第一能量消耗节点向所述基站发送的信号为：

其中，P_N为第一能量消耗节点的发射功率，l_N表示第一能量消耗节点的路径损耗；h_NB表示第一能量消耗节点到基站之间的信道；s₁是第一能量消耗节点的传输数据；

在第二个时隙中，所述第二能量消耗节点向所述基站发送的信号为：

其中，P_F是第二能量消耗节点的发射功率；l_F表示第二能量消耗节点的路径损耗；h_FB表示第二能量消耗节点到基站之间的信道；s₂是第二能量消耗节点的传输数据；n_OM是噪声其均值为零，方差为

NU和FU的信噪比分别为：

另一方面，本发明还提供了一种能量缓冲辅助的自适应无线供电协作NOMA系统，包括基站、第一能量消耗节点、第二能量消耗节点、第一能量缓冲器、第二能量缓冲器；

所述基站分别与所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点连接，用于传输导频信号和射频信号，以及接收所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点传输的数据及反馈信号；

所述第一能量消耗节点与所述第一能量缓冲器连接，所述第二能量消耗节点与所述第二能量缓冲器连接，用于将所述射频信号转换成能量存储在对应的能量缓冲器中；所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点还用于根据所述导频信号采集各自的信道信息和能量信息，生成反馈信号发送给所述基站以及确定通信模式。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种能量缓冲辅助的自适应无线供电协作NOMA方法及系统，为每个能量消耗节点配置了能量缓冲器，该节点从下行链路的基站(Base Station，BS)发送的射频信号中收集能量，并储存在能量缓冲器中用于后续的上行链路信息传输。考虑了一种自适应方案，用户通过在NOMA、协作NOMA、OMA模式之间切换来向BS传输信息，以最大限度地提高吞吐量。在本发明中，采用最佳近-最佳远用户(BNBF)方案对用户进行选择，以提高系统性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明方法的流程示意图。

图2为本发明所提方案与EB-NOMA方案下的中断概率性能图。

图3为本发明所提方案与BL-CNOMA方案下的中断概率性能图。

图4为本发明不同方案下的平均吞吐量性能图。

图5为本发明系统的模型示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例公开了一种能量缓冲辅助的自适应无线供电协作NOMA方法，包括以下步骤：

基站BS将导频信号和射频信号传输给第一能量消耗节点NUs和第二能量消耗节点FUs；

第一能量消耗节点NUs和第二能量消耗节点FUs将射频信号转换成能量存储在对应的能量缓冲器中，并根据导频信号采集各自的信道信息和能量信息，生成反馈信号；

第一能量消耗节点NUs和第二能量消耗节点FUs根据所使用的能量管理策略确定向基站BS传送数据时的发射功率，并向基站BS发送反馈信号；

第一能量消耗节点NUs和第二能量消耗节点FUs根据自身反馈给基站BS的反馈信号确定通信模式，并根据确定的通信模式进行信号传输。

其中，能量管理策略依据能量缓冲器中能量的多少决定NUs和FUs中的发射功率，这里我们考虑了两种能量管理策略，分别是尽力而为策略(best-effort policy，BEP)和开关策略(on-off policy，OOP)。

优选的，通信模式包括非正交多址模式(NOMA模式，NOMA mode,NM)、协作非正交多址模式(协作NOMA模式，cooperative NOMA mode,CNM)、正交多址模式(OMA模式，OMA mode,OM)。

优选的，第一能量消耗节点NUs和第二能量消耗节点FUs根据自身反馈给基站BS的反馈信号确定通信模式具体包括：

假设第一能量消耗节点NUs表示为第二能量消耗节点FUs表示为其中R_N表示第一能量消耗节点NUs的目标数据速率，R_F表示第二能量消耗节点FUs的目标数据速率；则第一能量消耗节点NUs的反馈信号的解码状态kⁿ和第二能量消耗节点FUs的反馈信号的解码状态k^f表示为：

其中，为第一能量消耗节点的信噪比，/>为第二能量消耗节点的信噪比。

如表1所示，当反馈信号kⁿ＝1,k^f＝1时，第一能量消耗节点NUs和第二能量消耗节点FUs使用非正交多址模式传输信号；当反馈信号kⁿ＝1,k^f＝0时，第一能量消耗节点NUs和第二能量消耗节点FUs使用协作非正交多址模式传输信号；当kⁿ＝0，k^f＝1时或kⁿ＝0，k^f＝0时，第一能量消耗节点NUs和第二能量消耗节点FUs使用正交多址模式传输信号。

表1运行模式

Operating Mode	NM	CNM	OM
				kn	1	1	0
kf	1	0	0

优选的，非正交多址模式为第一能量消耗节点NUs和第二能量消耗节点FUs同时向基站BS发送信号，基站BS接收到的信号为：

其中，P_N,P_F分别是第一能量消耗节点NUs和第二能量消耗节点FUs的发射功率；l_N和l_F分别表示第一能量消耗节点的路径损耗和第二能量消耗节点的路径损耗；h_NB表示第一能量消耗节点NUs到基站BS之间的信道；h_FB表示第二能量消耗节点FUs到基站BS之间的信道；s₁,s₂分别是第一能量消耗节点NUs和第二能量消耗节点FUs的传输数据；n_NM是噪声，均值为零，方差为

采用连续干扰消除的方法分别对第一能量消耗节点NUs和第二能量消耗节点FUs发送信号进行解调，第一能量消耗节点NUs和第二能量消耗节点FUs的信噪比分别为

优选的，协作非正交多址模式为：

第一能量消耗节点NUs使用解码转发协议对来自第二能量消耗节点FUs的信号进行解码；

假设第一能量消耗节点NUs可以正确解码来自第二能量消耗节点FUs的信号，其信号定义为s′₂；

第一能量消耗节点NUs向第二能量消耗节点FUs发送叠加信号，利用存储的能量进行解码和传输；

基站BS接收到的信号为：

其中，P_N为第一能量消耗节点的发射功率，发射功率P_N分为两部分，即s₁的信号传输功率τP_N和s′₂的信号传输功率(1-τ)P_N，其中τ为分配因子，且0≤τ≤1；n_CNM是噪声其均值为零，方差为l_N表示第一能量消耗节点的路径损耗；h_NB表示第一能量消耗节点到基站之间的信道；s₁是第一能量消耗节点的传输数据；

第一能量消耗节点NUs和第二能量消耗节点FUs的信噪比分别为：

优选的，正交多址模式为第一能量消耗节点NUs和第二能量消耗节点FUs分两个时隙向基站BS发送信号；具体包括：

在第一个时隙中，第一能量消耗节点NUs向基站BS发送的信号为：

其中，P_N为第一能量消耗节点的发射功率，l_N表示第一能量消耗节点的路径损耗；h_NB表示第一能量消耗节点到基站之间的信道；s₁是第一能量消耗节点的传输数据；

在第二个时隙中，第二能量消耗节点FUs向基站BS发送的信号为：

其中，P_F是第二能量消耗节点的发射功率；l_F表示第二能量消耗节点的路径损耗；h_FB表示第二能量消耗节点到基站之间的信道；s₂是第二能量消耗节点的传输数据；n_OM是噪声其均值为零，方差为

NU和FU的信噪比分别为：

通过判断第一能量消耗节点NUs和第二能量消耗节点FUs的信噪比与设定阈值的大小，判断信号是否解码成功，从而得到其中断概率。

本方案在符合实际应用场景的情况下，采用Matlab软件进行实验仿真。为了展现所提出的系统的优点，在这里对两个基准方案进行了比较，一个是无缓冲无线供电自适应协作NOMA系统(BL-CNOMA)，另一个是能量缓冲器辅助无线供电自适应非协作NOMA系统(EB-NOMA)。参数设置为P_B＝1(W)，能量转换效率因子η为0.9，路径损耗指数因子α为2.5。在没有特定说明的情况下τ＝0.5，NU与BS之间的距离为d_NB＝2(m)，FU与BS之间的距离为d_FB＝5(m)，电池容量U＝10E。

图2是本系统所提方案与EB-NOMA方案下的中断概率性能曲线(横坐标1/N₀)，从图中可以看出，对于FU而言，系统提出的两种策略的中断性能均优于EB-NOMA，而对于NU而言，在低信噪比时，系统所提出的两种策略低于EB-NOMA，在高信噪比时，系统所提策略优于EB-NOMA。这是因为用户能量低时，FU与BS传输链路容易中断，从而选择协作NOMA模式，这时NU不仅需要传输自身信号，还需将FU信号传输给BS，从而使NU的中断性能变差，而FU性能提升。

图3是本系统所提方案与BL-CNOMA方案下的中断概率性能曲线(横坐标δ)，从图中可以看出，BL-CNOMA的中断概率不受δ的影响，这里的δ指的是E与用户收集的能量均值的比值。因为BL-NOMA方案没有能量缓冲，所以无论δ的值是多少，这都不影响用户使用所有能量来传输信息。系统所提出的OOP和BEP可以很明显看出它们的不同。可以看得出来，对于OOP和BEP，存在一个最优δ实现了最佳性能。对于FU而言，当δ≤0.5时，由于缓冲区中的能量总是超过阈值E，OOP和BEP的传输功率均为阈值E，故OOP和BEP的性能相同。当δ＞0.5时，BEP的中断性能优于OOP。原因是缓冲区中的能量小于E，因此OOP会发生中断，而BEP没有这个阈值设定。BLP的性能要差得多，因为它没有能量缓冲器，所以会将这一时隙收集的能量，在下一时隙全部用于传信，能量利用率很低。

图4是不同方案下的平均吞吐量与传输速率R的关系曲线(横坐标R＝R_N＝R_F)。对于每个R，都采用最优的δ来获得BEP和OOP的平均吞吐量。从图中可以看出，系统所提出的OOP和BEP的平均吞吐量优于EB-NOMA方案。在传输速率较低时，它们的平均吞吐量较低，因为它们受到R的限制。对于中等传输速率，BEP的平均吞吐量要优于OOP和BLP。对于高传输速率，BL-CNOMA的平均吞吐量优于OOP和BEP。

如图5所示，本发明还提供了一种能量缓冲辅助的自适应无线供电协作NOMA系统，包括基站BS、第一能量消耗节点NUs、第二能量消耗节点FUs、第一能量缓冲器、第二能量缓冲器；

基站BS分别与第一能量消耗节点NUs和第二能量消耗节点FUs连接，用于传输导频信号和射频信号，以及接收第一能量消耗节点NUs和第二能量消耗节点FUs传输的数据及反馈信号；

第一能量消耗节点NUs与第一能量缓冲器连接，第二能量消耗节点FUs与第二能量缓冲器连接，用于将射频信号转换成能量存储在对应的能量缓冲器中；第一能量消耗节点NUs和第二能量消耗节点FUs还用于根据导频信号采集各自的信道信息和能量信息，生成反馈信号发送给基站BS以及确定通信模式。

其中，基站BS(Base station,BS)中有固定的能量供应，NUs和FUs是能量消耗节点。在下行链路中，BS向NUs和FUs广播射频信号，NUs和FUs接收存储在能量缓冲器中的能量。在上行链路中，从N个NUs和N个FUs中选择两对最优组合，并通过NOMA、协作NOMA和OMA信令之间的切换将信号发送到BS。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种能量缓冲辅助的自适应无线供电协作NOMA方法，其特征在于，包括以下步骤：

基站将导频信号和射频信号传输给第一能量消耗节点和第二能量消耗节点；

所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点将所述射频信号转换成能量存储在对应的能量缓冲器中，并根据所述导频信号采集各自的信道信息和能量信息，生成反馈信号；

所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点根据所使用的能量管理策略确定向所述基站传送数据时的发射功率，并向所述基站发送所述反馈信号；

所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点根据自身反馈给所述基站的所述反馈信号确定通信模式，并根据确定的通信模式进行信号传输；

所述通信模式包括非正交多址模式、协作非正交多址模式、正交多址模式；

所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点根据自身反馈给所述基站的反馈信号确定通信模式具体包括：

假设第一能量消耗节点表示为第二能量消耗节点表示为/>其中R_N表示第一能量消耗节点的目标数据速率，R_F表示第二能量消耗节点的目标数据速率；则第一能量消耗节点的反馈信号的解码状态kⁿ和第二能量消耗节点的反馈信号的解码状态k^f表示为：

其中，为第一能量消耗节点的信噪比，/>为第二能量消耗节点的信噪比；

当反馈信号kⁿ＝1,k^f＝1时，所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点使用非正交多址模式传输信号；

当反馈信号kⁿ＝1,k^f＝0时，所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点使用协作非正交多址模式传输信号；

当kⁿ＝0，k^f＝1时或kⁿ＝0，k^f＝0时，所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点使用正交多址模式传输信号；

所述非正交多址模式为所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点同时向所述基站发送信号，所述基站接收到的信号为：

其中，P_N,P_F分别是第一能量消耗节点和第二能量消耗节点的发射功率；l_N和l_F分别表示第一能量消耗节点的路径损耗和第二能量消耗节点的路径损耗；h_NB表示第一能量消耗节点到基站之间的信道；h_FB表示第二能量消耗节点到基站之间的信道；s₁,s₂分别是第一能量消耗节点和第二能量消耗节点的传输数据；n_NM是噪声，均值为零，方差为

采用连续干扰消除的方法分别对所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点发送信号进行解调，所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点的信噪比分别为

所述协作非正交多址模式为：

所述第一能量消耗节点使用解码转发协议对来自所述第二能量消耗节点的信号进行解码；

假设所述第一能量消耗节点正确解码来自所述第二能量消耗节点的信号，其信号定义为s′₂；

所述第一能量消耗节点向所述第二能量消耗节点发送叠加信号，利用存储的能量进行解码和传输；

所述基站接收到的信号为：

其中，P_N为第一能量消耗节点的发射功率，发射功率P_N分为两部分，即s₁的信号传输功率τP_N和s′₂的信号传输功率(1-τ)P_N，其中τ为分配因子，且0≤τ≤1；n_CNM是噪声其均值为零，方差为l_N表示第一能量消耗节点的路径损耗；h_NB表示第一能量消耗节点到基站之间的信道；s₁是第一能量消耗节点的传输数据；

所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点的信噪比分别为：

正交多址模式为所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点分两个时隙向所述基站发送信号；具体包括：

在第一个时隙中，所述第一能量消耗节点向所述基站发送的信号为：

其中，P_N为第一能量消耗节点的发射功率，l_N表示第一能量消耗节点的路径损耗；h_NB表示第一能量消耗节点到基站之间的信道；s₁是第一能量消耗节点的传输数据；

在第二个时隙中，所述第二能量消耗节点向所述基站发送的信号为：

其中，P_F是第二能量消耗节点的发射功率；l_F表示第二能量消耗节点的路径损耗；h_FB表示第二能量消耗节点到基站之间的信道；s₂是第二能量消耗节点的传输数据；n_OM是噪声其均值为零，方差为

NU和FU的信噪比分别为：

2.一种能量缓冲辅助的自适应无线供电协作NOMA系统，其特征在于，包括基站、第一能量消耗节点、第二能量消耗节点、第一能量缓冲器、第二能量缓冲器；

所述基站分别与所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点连接，用于传输导频信号和射频信号，以及接收所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点传输的数据及反馈信号；

所述第一能量消耗节点与所述第一能量缓冲器连接，所述第二能量消耗节点与所述第二能量缓冲器连接，用于将所述射频信号转换成能量存储在对应的能量缓冲器中；所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点还用于根据所述导频信号采集各自的信道信息和能量信息，生成反馈信号发送给所述基站以及确定通信模式；

所述通信模式包括非正交多址模式、协作非正交多址模式、正交多址模式；

所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点根据自身反馈给所述基站的反馈信号确定通信模式具体包括：

假设第一能量消耗节点表示为第二能量消耗节点表示为/>其中R_N表示第一能量消耗节点的目标数据速率，R_F表示第二能量消耗节点的目标数据速率；则第一能量消耗节点的反馈信号的解码状态kⁿ和第二能量消耗节点的反馈信号的解码状态k^f表示为：

其中，为第一能量消耗节点的信噪比，/>为第二能量消耗节点的信噪比；

当反馈信号kⁿ＝1,k^f＝1时，所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点使用非正交多址模式传输信号；

当反馈信号kⁿ＝1,k^f＝0时，所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点使用协作非正交多址模式传输信号；

当kⁿ＝0，k^f＝1时或kⁿ＝0，k^f＝0时，所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点使用正交多址模式传输信号；

所述非正交多址模式为所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点同时向所述基站发送信号，所述基站接收到的信号为：

其中，P_N,P_F分别是第一能量消耗节点和第二能量消耗节点的发射功率；l_N和l_F分别表示第一能量消耗节点的路径损耗和第二能量消耗节点的路径损耗；h_NB表示第一能量消耗节点到基站之间的信道；h_FB表示第二能量消耗节点到基站之间的信道；s₁,s₂分别是第一能量消耗节点和第二能量消耗节点的传输数据；n_NM是噪声，均值为零，方差为

采用连续干扰消除的方法分别对所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点发送信号进行解调，所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点的信噪比分别为

所述协作非正交多址模式为：

所述第一能量消耗节点使用解码转发协议对来自所述第二能量消耗节点的信号进行解码；

假设所述第一能量消耗节点正确解码来自所述第二能量消耗节点的信号，其信号定义为s′₂；

所述第一能量消耗节点向所述第二能量消耗节点发送叠加信号，利用存储的能量进行解码和传输；

所述基站接收到的信号为：

其中，P_N为第一能量消耗节点的发射功率，发射功率P_N分为两部分，即s₁的信号传输功率τP_N和s′₂的信号传输功率(1-τ)P_N，其中τ为分配因子，且0≤τ≤1；n_CNM是噪声其均值为零，方差为l_N表示第一能量消耗节点的路径损耗；h_NB表示第一能量消耗节点到基站之间的信道；s₁是第一能量消耗节点的传输数据；

所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点的信噪比分别为：

正交多址模式为所述第一能量消耗节点和所述第二能量消耗节点分两个时隙向所述基站发送信号；具体包括：

在第一个时隙中，所述第一能量消耗节点向所述基站发送的信号为：

其中，P_N为第一能量消耗节点的发射功率，l_N表示第一能量消耗节点的路径损耗；h_NB表示第一能量消耗节点到基站之间的信道；s₁是第一能量消耗节点的传输数据；

在第二个时隙中，所述第二能量消耗节点向所述基站发送的信号为：

其中，P_F是第二能量消耗节点的发射功率；l_F表示第二能量消耗节点的路径损耗；h_FB表示第二能量消耗节点到基站之间的信道；s₂是第二能量消耗节点的传输数据；n_OM是噪声其均值为零，方差为

NU和FU的信噪比分别为：