无线能量采集认知无线电的最优中继协作传输方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

Optimal relay cooperative transmission method for radio energy acquisition cognitive radio

The invention provides an optimal relay cooperative transmission method for wireless energy acquisition cognitive radio. First of all, to establish the optimal model of wireless relay energy acquisition of cognitive radio; then, according to the position and speed of a variety of collaborative group Quantum Quantum Particle Swarm search method to update the quantum particles, so as to realize the optimal relay transmission of wireless energy acquisition of cognitive radio; finally, output the global optimal position of quantum population, which is mapped to the global optimal position. For wireless energy acquisition of optimal signal to cognitive wireless cooperative relay transmission scheme. The invention relates to a multi group cooperative quantum particle swarm search mechanism and a cognitive radio wireless energy harvesting technology, and designs an optimal relay cooperative transmission method of wireless energy acquisition cognitive radio. It can meet the energy acquisition and transmission of the main user, and realize the energy acquisition and transmission from the user.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无线能量采集认知无线电的中继协作传输作方法，具体是在满足主用户能量采集和传输要求的条件下，从用户实现能量采集和信息的最大传输的方法。
技术介绍
随着无线通信技术的快速发展，频谱和能量都成为紧缺资源。如何使无线通信系统在采集无线能量的同时高效利用频谱资源，并为从用户提供更多的通信机会和更大的数据传输量成为急需解决的难题。近两年，无线能量采集和信能协同传输技术越来越受到重视，因为无线能量采集技术被广泛视为一种可实现“绿色通信”的自供能技术。因为无线信号在携带信息的同时也携带了能量，这样环境中的各种干扰信号的能量也将会通过能量采集技术被有效使用。因此，认知无线电中的信能协同传输技术有重要的应用价值。QianZhang等在IEEECommunicationsMagazine上发表的“Cooperativerelaytoimprovediversityincognitiveradionetworks”给出了一个简单的无线网络，选择频谱丰富的节点作为中继节点，进而提高合作中继的性能，但是此方法只考虑了合作中继传输并没有使用无线能量采集技术，因此还可进一步的发展和提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种联合获得最优的时间分配与能量分配，在满足主用户数据传输的条件下寻求系统的最大数据传输速率，且主从用户通过无线能量采集实现自供能的无线能量采集认知无线电的最优中继协作传输方法。本专利技术的目的是这样实现的：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Xsρ1T,其中ρ1代表从用户用于能量采集的时间占有率,Xs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Rpρ1T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Xsρ1T-2ρ2Tws，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，Xsρ1T-2ρ2Tws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，Rp代表主用户的瞬时非合作传输速率，其表达式为其中γp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；Rc代表主用户的瞬时合作传输速率，其表达式为其中γs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，ws代表从用户分配给协作中继的功率,rp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rs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{Rpt＝[ρ1Rp+2ρ2Rc]本文档来自技高网...

【技术保护点】
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Xsρ1T,其中ρ1代表从用户用于能量采集的时间占有率,Xs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Rpρ1T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Xsρ1T‑2ρ2Tws，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，Xsρ1T‑2ρ2Tws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，Rp代表主用户的瞬时非合作传输速率，其表达式为其中γp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；Rc代表主用户的瞬时合作传输速率，其表达式为其中γs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，ws代表从用户分配给协作中继的功率,rp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rs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{Rpt＝[ρ1Rp+2ρ2Rc]}和max{Rst＝[1+(1‑ρ1‑2ρ2)Rs]}，约束条件为Xsρ1‑2ρ2ws≥0，1‑ρ1‑2ρ2≥0，ws≥0，其中Qpmin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ld是第d维变量的下界，ud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；ωt为加权系数，表示为ωt＝ωmax‑t(ωmax‑ωmin)/tmax，另外，对于速度通过下式完成速度限制,其中，vd,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。...

【技术特征摘要】
1.一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Xsρ1T,其中ρ1代表从用户用于能量采集的时间占有率,Xs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Rpρ1T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Xsρ1T-2ρ2Tws，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((ρ...

【专利技术属性】
技术研发人员：高洪元，杜亚男，刘丹丹，刁鸣，李佳，张世铂，陈梦晗，张晓桐，苏雪，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23