[发明专利]基于能量协作的双向认知中继网络资源分配方法

摘要

本发明公开了一种基于能量协作的双向认知中继网络资源分配方法。该方法在满足两次用户和中继节点采集能量的因果性限制和对主用户干扰限制的条件下，构建了系统吞吐量的优化模型。然后通过问题等价性变换，将各节点的功率和协作能量联合优化问题解耦为分离的功率分配问题和逐个时隙的协作能量求解问题，大大降低了原问题求解的复杂度。解耦后的功率分配问题采用迭代注水方法解决，逐个时隙的协作能量求解问题，通过求微分的方式解决，而原问题则通过迭代上述两个问题获得结果。本发明同时考虑了认知无线电，能量协作，能量采集等多种技术，可以有效提高能量效率和频谱资源利用率。

主权项

一种基于系统吞吐量最大化的资源分配方法，该方法包括以下步骤：1)初始化：迭代次数n＝0；第i时隙两次用户SU1、SU2和中继节点Relay采集能量分别为E1,i，E2,i和ER,i，其中系统时隙1≤i≤N；第0次迭代各时隙两次用户SU1、SU2和中继节点Relay电池内实际存储能量为系统吞吐量初值为C0＝0；第0次迭代各时隙两次用户SU1和SU2向中继节点协作能量为中继节点向SU1和SU2回流能量为两次迭代过程获得的最大系统吞吐量差值为u＝1；定义垂直方向度量抽头，用于记录各个时隙两个次用户向中继节点协作能量的大小，规定两个次用户向中继协作能量为正方向，并初始化垂直方向度量抽头的读数为tap1,i＝0，tap2,i＝0；2)令迭代次数n＝n+1，各节点协作与回流能量后实际存储的能量为1≤i≤N，其中η1,η2(0≤η1,η2≤1)分别表示两次用户SU1、SU2向中继节点的能量传递效率；3)初始化能量协作初值δ1,i＝0，δ2,i＝0，1≤i≤N，注意此处初始化是为了方便利用迭代注水方法，每一次迭代都要重复初始化，而第1)步中初始化只是为第1次迭代求各节点协作与回流能量后实际存储的能量赋初值，以后每一次迭代都会计算获得然后利用迭代注水方法获得各时隙两次用户分配的功率同时令中继分配功率为4)针对时隙1≤i≤N，若源节点吞吐量小于中继节点吞吐量那么首先将两次用户协作来的能量回流，即将本时隙两个次用户协作到中继的能量减小一部分，能量回流的产生原因见图3，回流的方法如下：若tap1,i＞0，tap2,i＞0，则两次用户回流的能量比例按照公式确定，其中否则，仅仅回流抽头读数大于零的次用户的能量，直到中继节点的容量等于两次用户容量和或者垂直方向度量抽头读数均等于零，回流的能量记录为此时两个次用户不会向中继协作能量，即令表示回流能量后各节点分配的功率，若仍成立，再利用公式更新与5)若源节点吞吐量大于等于中继节点吞吐量则求取两次用户协作能量和此时回流能量令6)更新垂直方向度量抽头的读数7)计算此次迭代获得的系统吞吐量并令u＝Cn‑Cn‑1，若u＞0，重复步骤2)‑7)，注意在仿真中，设定判决条件u＞10‑5，以减少迭代次数；若u＝0，则停止迭代。