[发明专利]基于接收机电池状态的无线数据与能量一体化编码方法

权利要求书

1.一种基于接收机电池状态的无线数据与能量一体化编码方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采用2^k级一元编码方式在离散对称信道下进行数能传输；

S2、根据马尔可夫模型计算信源与信宿之间的互信息；

S3、基于接收机电池状态计算电池的上溢概率和下溢概率；

S4、根据步骤S2中信源与信宿之间的互信息及步骤S3中电池的上溢概率和下溢概率，构建一元编码码字优化模型；

所述步骤S4中，构建的一元编码码字优化模型表示为：

其中，P为一元编码码字分布，R_th为信息传输速率约束，为信息传输速率下界，p_of为电池的上溢概率，p_uf为电池的下溢概率；

S5、采用遗传算法求解步骤S4构建的一元编码码字优化模型，得到最优码字分布；

所述步骤S5采用遗传算法求解步骤S4构建的一元编码码字优化模型，得到最优码字分布，具体包括以下分步骤：

S51、设定种群数量N、最大遗传代数G、对称信道转移概率w和信息传输速率约束R_th，并初始化种群P，目标函数min_P p_of，min_P p_uf为1；

S52、分别计算种群中每一个个体p所对应的在设定的对称信道下的互信息下界I_inf；

S53、判断互信息下界I_inf是否满足I_inf≥R_th；若是，则计算该个体的适应度；若否，则将该个体的适应度置为无效值；

S54、根据个体的适应度计算个体的生存概率；

S55、采用轮盘赌算法计算每个个体的累计概率；

S56、判断个体的累计概率是否大于随机数；若是，则得到这一代的最优父代；若否，则返回步骤S55；

S57、对步骤S56得到的最优父代进行杂交和变异操作，得到新的父代。

2.如权利要求1所述的基于接收机电池状态的无线数据与能量一体化编码方法，其特征在于，所述步骤S2中，信源与信宿之间的互信息表示为：

其中，为信源与信宿之间的互信息，为信源熵，为条件熵。

3.如权利要求2所述的基于接收机电池状态的无线数据与能量一体化编码方法，其特征在于，所述步骤S3中，电池的上溢概率表示为：

其中，B_max为电池的有限容量，B为当前时刻的能量水平，为马尔可夫链的稳态概率，b为能量水平增长，ζ_b为能量水平增长概率。

4.如权利要求3所述的基于接收机电池状态的无线数据与能量一体化编码方法，其特征在于，所述步骤S3中，电池的下溢概率表示为：

其中，B_min为电池的警告阈值。

5.如权利要求4所述的基于接收机电池状态的无线数据与能量一体化编码方法，其特征在于，所述步骤S53中，个体的适应度计算公式为：

P_r＝1-T

其中，P_r为个体的适应度，T为目标函数值。

6.如权利要求5所述的基于接收机电池状态的无线数据与能量一体化编码方法，其特征在于，所述步骤S54中，个体的生存概率计算公式为：

其中，p_live为个体的生存概率。

7.如权利要求6所述的基于接收机电池状态的无线数据与能量一体化编码方法，其特征在于，所述步骤S57中，对最优父代进行杂交操作具体为：

随机选取两个父代，计算两个父代的平均值；

对最优父代进行变异操作具体为：

为父代的每一个值加上一个随机数。

8.一种应用如权利要求1-7任一项所述的无线数据与能量一体化编码方法的无线数能同传系统，包括无线携能通信发射机和无线携能通信接收机；

所述无线携能通信发射机包括数能编码器和数字调制器，所述数能编码器用于接收信息源输出的用户请求信息，采用2^k级一元编码方式将该信息编码为二进制码字并传输至所述数字调制器，所述数字调制器用于采用OOK调制方式将二进制码字调制到模拟RF信号上；

所述无线携能通信接收机包括数字解调器和信息解码器，所述数字解调器用于接收所述数字调制器无线传输的模拟RF信号，并解调模拟RF信号所携带的二进制码字；所述信息解码器用于调用符号级网格解码二进制码字，得到原始信息并传输至信息宿。