[發明專利]一種用于能量可收集雙向協作通信的中斷率優化方法

有效

• 申請號: 201810257834.9
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108541001B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 胡洋;邱成潤;陳彥
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04B7/026;H04B7/0426
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 鄒裕蓉

本發明公開了一種用于能量可收集雙向協作通信的中斷率優化方法，屬于綠色通信技術領域。本發明所述方法包括如下步驟：(1)初始化變量；(2)測量當前信道功率與收集能量；(3)計算防止中止發生所需要的能量閾值；(4)中繼求解優化問題；(5)更新電池與虛擬隊列信息。本發明所述方法利用李雅普諾夫優化，對連續參數的能量可收集協作通信作優化，幫助協作中繼有效的分配隨機收集到的能量，更有效地降低了期望中止概率，保證了協作通信網絡期望的吞吐量。

技術領域

本發明屬于綠色通信技術領域，具體涉及一種用于能量可收集雙向協作通信的中斷率優化方法。

背景技術

協作通信在無線通信系統中有多種應用，主要有固定中繼的協作通信(協作MIMO)和用戶終端間的協作通信(多用戶協作)兩種方式。另外，在多跳條無線通信網絡中，為提高傳輸速率，提出了多用戶協作分集即多個用戶相互協作從而實現類似MIMO的傳輸方案以獲得分集增益。而目前非常熱門的無線中繼技術的重要理論基礎也包含協作通信理論，本算法便是基于能量可收集的無線中繼協作通信模型。

能量可收集技術在無線傳感器網絡中有著很廣泛的應用。因為WSN中每個傳感器節點大小有限，造成電池的大小容量有限，沒有辦法存儲很多的能量。而更換電池也很麻煩，因為傳感器很小，并且大多分布在室外。所以，使用一個可以收集能量的傳感器與一個能充電的電池就能夠解決這一難題。然而由于自然界的可再生能量存在不穩定，隨機性等特點，并且無線信道也具有獨立同分布隨機性，如何有效地分配收集的能量使得收益最大化便成了一個很重要的問題。

在解決能量可收集的無線通信中的在線算法中，馬爾科夫決策過程(Markov-decision-process，MDP)是最常用的算法。MDP首先將整個隨機事件集合分成有限個狀態元素，然后通過隨機事件狀態(信道、電池、可收集能量)的分布概率求出其轉換概率，最后通過馬爾可夫鏈求解。因為我們求的是期望平均目標函數，所以馬爾科夫鏈包含了無數個項，此時MDP借助貝爾曼公式，只對前有限項進行運算，然后選取優化解。然而MDP也存在數項不足：(1)MDP需要將參數離散化成狀態表示，之后選取的解在一個狀態內都是相同的。所以如果狀態選取過少，得到的解就離最優差距很大；如果狀態選取過多，則可能導致維數爆炸，使算法復雜度急速增加；(2)貝爾曼公式本身也是一種近似；(3)如果單位能量選取高于平均能量收集率，則得到的效果邊界會比問題本身的邊界要差；(4)由于單位能量的存在，當SNR很高時會造成浪費。

中斷概率其實是鏈路容量的另一種表達方式，當鏈路容量不能滿足所要求的用戶速率時，就會產生中斷事件，這個事件呈概率分布的，取決于鏈路的平均信噪比及其信道衰落分布模型。優化中斷概率實際上是對吞吐量Throughput的另一種優化方式。

發明內容

本發明的目的是克服上述現有技術的缺陷，提供一種參數連續化，復雜度低的用于能量可收集雙向協作通信的中斷率優化方法，保證平均的網絡吞吐量，幫助協作中繼有效率的分配從外界收集到的能量，其中考慮的協作協議為Decode-and-forward與Amplify-and-forward。

本發明所提出的技術問題是這樣解決的：

一種用于能量可收集雙向協作通信的中斷率優化方法，包括以下步驟：

步驟1.初始化變量：策略周期T、電池容量bmax、電池平均能量閾值δ、發射端功率P_S、發射端A到發射端B的吞吐量閾值R₁、發射端B到發射端A的吞吐量閾值R₂、初始電池能量b(1)、初始虛擬隊列B(1)、權重V、平均噪音N₀、協作協議(AF/DF)；

步驟2.發射端A與發射端B發射信號到中繼，感應器測量當前發射端A到中繼的信道功率γ₁(t)、發射器B到中繼的信道功率γ₂(t)與當前時刻f收集到的總能量EH(f)；