无线能量采集认知无线电的最优中继协作传输方法

摘要

本发明提供的是一种无线能量采集认知无线电的最优中继协作传输方法。首先，建立无线能量采集认知无线电的最优中继模型；然后，根据多种群协作量子粒子群搜索方法更新量子粒子的量子位置和速度，进而实现无线能量采集认知无线电的最优中继传输；最后，输出种群的全局最优量子位置，将其映射为全局最优位置，为无线能量采集认知无线的最优信能协同中继传输方案。本发明结合多种群协作量子粒子群搜索机制和认知无线电无线能量采集相关技术，设计了一种无线能量采集认知无线电的最优中继协作传输方法。其能够在满足主用户能量采集和传输的条件下，实现从用户的能量采集和传输。

主权项

一种无线能量采集认知无线电的最优中继协作传输方法，其特征是：步骤一，建立无线能量采集认知无线电的最优中继协作模型；在每个时隙间隔为T的合作模式里，对于主用户和从用户每个时隙都被分成三部分，表示如下：(1)在时间间隔(0,ρ₁T],主用户采取非合作方式传输自己的数据，从用户从环境的无线信号中采集能量，从用户采集的能量为X_sρ₁T,其中ρ₁代表从用户用于能量采集的时间占有率,X_s指的是非合作传输阶段从用户的能量采集率，与此同时，主用户在非合作传输阶段完成R_pρ₁T的数据传输；(2)在时间间隔(ρ₁T,(ρ₁+2ρ₂)T]，其中ρ₂代表中继传输两阶段中每个阶段中继传输时间占有率，在合作通信的持续时间是2ρ₂T，主用户和从用户合作中继传输主用户的数据，剩余能量为X_sρ₁T‑2ρ₂Tw_s，遵守DF协议，采用时分的方法；在(ρ₁T,(ρ₁+ρ₂)T]，主用户发射机传输数据到作为中继的从用户发射机和作为目的机的主用户接收机，在((ρ₁+ρ₂)T,(ρ₁+2ρ₂)T]，从用户发射机中继传输主用户数据到主用户接收机，主用户从环境信号进行无线能量采集；(3)在时间间隔((ρ₁+2ρ₂)T,T]，当主用户传输完它的数据并且授权信道被让出，从用户开始传输它自己的数据，X_sρ₁T‑2ρ₂Tw_s的能量被用于从用户数据传输，并且从用户一定耗尽在该时隙所采集的能量去传输数据，主用户从环境信号进行无线能量采集；第一个时隙主用户能量来自于电池存储的能量，在此之后的其他时隙的主用户能量来自于上一个时隙的能量采集，R_p代表主用户的瞬时非合作传输速率，其表达式为其中γ_p代表主用户发射机和接收机间的信道功率增益和噪声功率比，代表前一个时隙从用户用于能量采集的的时隙片段占总时间的比率，代表前一个时隙中继传输两阶段中每个阶段中继传输时间占有率，代表前一个时隙主用户的能量采集率；R_c代表主用户的瞬时合作传输速率，其表达式为其中γ_s代表主用户发射机和从用户发射机间的信道功率增益和噪声功率比，w_s代表从用户分配给协作中继的功率,r_p代表从用户发射机和主用户接收机的信道功率增益和噪声功率比；从用户的瞬时非合作传输速率为其中r_s代表从用户发射机和接收机间的信道功率增益和噪声功率比，每个时隙主用户和从用户所获得最大吞吐量分别为max{R_pt＝[ρ₁R_p+2ρ₂R_c]}和max{R_st＝[1+(1‑ρ₁‑2ρ₂)R_s]}，约束条件为X_sρ₁‑2ρ₂w_s≥0，1‑ρ₁‑2ρ₂≥0，w_s≥0，其中Q_pmin为主用户在每个时隙的最小目标传输速率；步骤二，初始化量子粒子群，有I个种群，每个种群中有H个量子粒子，第t代第i个种群中第h个量子粒子的量子位置表示为1≤i≤I，其相应的速度为每个量子粒子所搜索到的局部最优量子位置记做其中和分别表示第t代第i个种群中第h个量子粒子的量子位置、速度和局部最优量子位置的第d维，在量子位的定义域内随机产生，其中1≤h≤H和d＝1,2,3；步骤三，计算每个种群中每个量子粒子的量子位置所对应位置适应度，将第t代第i个种群中第h个量子粒子量子位置映射为位置其中l_d是第d维变量的下界，u_d是第d维变量的上界，第t代第i个种群中第h个量子粒子量子位置的适应性通过其对应位置的适应度进行度量，则适应度函数设置为其中b∈{1,2,3}；步骤四，针对第i个种群第h个量子粒子，对于第d维速度更新过程如下：其中，c₁和c₂为控制最大搜索步长的加速系数；和为[0,1]间的均匀随机数；ω^t为加权系数，表示为ω^t＝ω_max‑t(ω_max‑ω_min)/t_max，另外，对于速度通过下式完成速度限制,其中，v_d,max为第d维的速度上限；步骤五，将量子位置映射为位置1≤i≤I，h＝1,2,...,H，计算所有新产生量子位置的适应度，更新每个种群的每个量子粒子的局部最优量子位置和全局最优量子位置步骤六，如果进化没有终止，令t＝t+1，返回步骤四，否则，终止迭代，输出种群的全局最优量子位置，将其映射为位置，作为无线能量采集认知无线的最优信能协同中继传输方案。