[發明專利]一種用于認知無線電網絡的信道和功率聯合分配方法

無效

• 申請號: 201110274437.0
• 申請日: 2011-09-16
• 公開（公告）號: CN102271338A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 曹江蓮;裴廷睿;李哲濤;趙智;楊萬春
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: H04W16/10
• 分類號: H04W16/10;H04W16/14;H04W72/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種用于認知無線電網絡的信道和功率聯合分配方法，包含認知用戶信息收集模塊、無線電環境檢測模塊、認知基站信道分配算法功能模塊，其中認知基站信道分配算法功能模塊又可分為：信息綜合處理模塊、信道分配處理模塊，其特征在于：

(a)定義目標效用函數：

此項由信息綜合處理模塊根據信息收集模塊和無線電環境檢測模塊的輸出數據完成；

效用函數表達式：

maxA,PU,U=Πk=1K{ρk,mΣm=1MWlog2[1+γk,m(pk,m)]-Rkmin}---(1)]]>

其中A和P分別表示認知用戶k的子信道和發射功率分配矩陣，K和M分別表示認知用戶和子信道個數，W為子信道的帶寬，γ_k，m表示第K個認知用戶在子信道m上的信干比(SINR)，表示第K個認知用戶的最小速率要求；

(b)構造分配矩陣：

此項由信道分配處理模塊完成；

構造兩個分配矩陣，矩陣A用來表示子信道的分配，矩陣P用來表示發射功率的分配：

A=ρ1,1ρ1,2ρ1,3ρ2,1ρ2,2ρ2,3ρ3,1ρ3,2ρ3,3---(2)]]>

P=p1,1p1,2p1,3p2,1p2,2p2,3p3,1p3,2p3,3---(3)]]>

(c)約束條件：

此項由信道分配處理模塊完成；

I.每個子信道只能分配給一個認知用戶，因此需滿足

II.每個認知用戶受到最大發射功率P^max的約束，因此認知用戶在所有子信道上發射功率的總和應滿足

III.為避免對主用戶的干擾，對每個子信道上認知用戶的發射功率進行限制，應滿足0≤ρk,m·pk,m≤p‾k,m,∀k,m;]]>

(d)構造拉格朗日函數：

對約束條件下的目標效用函數構造拉格朗日函數：

L={Σm=1Mρ1,mWlog2[1+γ1,m(d1,m)ρ1,m]-R1min}]]>

×{Σm=1Mρ2,mWlog2[1+γ2,m(d2,m)ρ2,m]-R2min}]]>

+Σm=1Mμm(Σk=12ρk,m-1)+Σk=12λk(Σm=1Mdk,m-pmax)---(4)]]>

+Σk=12Σm=1Mζk,m(dk,m-p‾k,m)+Σk=12Σm=1Mξk,m(ρk,m-1)]]>

-Σk=12Σm=1Mvk,m1pk,m-Σk=12Σk=1Mvk,m2ρk.m]]>

上述考慮的兩認知用戶情況，其中這里μ_m、λ_k、ζ_k，m、ξ_k，m、和為拉格朗日乘子；利用Karush-Kuhn-Tucker對式(4)求偏導得：

log2(1+d1,mg1,mρ1,m·N1,mΓ1)-d1,mg1,mρ1,m·N1,mΓ11+d1,mg1,mρ1,m·N1,mΓ1{Σm=1Mρ1,mWlog2[1+d1,mg1,mρ1,m·N1,mΓ1]-R1min}]]>

=log2(1+d2,mg2,mρ2,m·N2,mΓ2)-d2,mg2,mρ2,m·N2,mΓ21+d2,mg2,mρ2,m·N2,mΓ2{Σm=1Mρ2,mWlog2[1+d2,mg2,mρ2,m·N2,mΓ2]-R2min}---(5)]]>

(e)定義權重因子和子信道分配判斷函數：

此步驟由信息綜合處理模塊完成；

I.權重因子：

σk=1{Σm=1Mρk,mWlog2[1+dk,mgk,mρk,mNk,mΓk]-Rkmin}---(6)]]>

=1Rk-Rkmin]]>

II.子信道分配判斷函數：

f(h1,mσ1h2,mσ2)≈log2(h1,mσ1h2,mσ2)+log2(β1σ1β2σ2)---(7)]]>

+σ2-σ1]]>

(f)認知用戶功率控制：

此項由信道分配處理模塊完成；

在確定子信道分配矩陣以后，(1)式定義的目標效用函數優化問題就轉化為單個認知用戶在功率約束條件下，通過功率控制獨立地進行速率最大化，可表示為：

maxPUk=Rk,]]>

s.t.Σm=1Mdk,m≤Pmax∀k0≤dk,m≤p‾k,m∀k,m---(8)]]>

通過信息論的迭代注水算法求得唯一最優解，得到注水位β_k：

βk=dk,mρk,m+Ik,m---(9)]]>

其中，N_k，m表示由主用戶對認知用戶k在信道m上造成的干擾功率與背景噪聲功率之和；Γ_k＝-ln(5BER_k)/1.5為信噪比差額，BER_k是認知用戶k的誤比特率要求；

(g)算法實施步驟：

此項由信道分配處理模塊完成；

I.兩用戶算法實施步驟：

a)根據最小速率要求初始化子信道分配；計算σ₁、σ₂；

b)對子信道排序：根據的值從大到小對子信道排序；

c)For?j＝1，...，M-1對認知用戶1分配子信道1to?j，并且用迭代注水算法對所分配信道進行功率控制；對認知用戶2分配子信道j+1?to?M，并且用迭代注水算法對所分配信道進行功率控制，計算效用函數U；

d)選擇滿足約束條件下，使得U最大的兩頻段分割，計算A、R₁和R₂；

e)更新信道分配；如果U不再隨著σ₁和σ₂的更新而增加，迭代結束；否則，對和更新，并轉b)

II.多用戶算法實施步驟：

a)初始化信道分配：將所有的子信道分配給認知用戶；

b)聯盟分組：如果用戶數是偶數，直接用匈牙利法進行兩兩分組；否則，創建一個虛擬用戶，使得用戶數為偶數；系統中任何用戶都不與虛擬用戶進行資源交換；

c)在聯盟內進行協調：在所有聯盟內使用兩用戶算法實施步驟進行子信道交換的協調；

d)重復b)和a)，直到系統性能不能得到進一步提升為止。