[發明專利]認知無線電中保證通信連續性的信道和功率聯合分配方法

有效

• 申請號: 201210394839.9
• 申請日: 2012-10-17
• 公開（公告）號: CN102869018A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 劉福來;郭壽明
• 申請（專利權）人: 東北大學秦皇島分校
• 主分類號: H04W16/10
• 分類號: H04W16/10;H04W72/08
• 代理公司: 北京聯創佳為專利事務所(普通合伙) 11362
• 代理人: 郭防

技術領域

本發明涉及一種認知無線電中保證通信連續性的信道和功率聯合分配方法，屬于無線通信領域。

背景技術

無線電頻譜資源是一種珍貴的不可再生資源。隨著無線通信技術的發展，頻譜資源的短缺成為當前通信領域面臨的主要問題之一。一方面，無線局域網、無線個人域網及無線城域網等無線網絡技術的興起，使得人們對無線頻譜資源的需求日益增長，頻譜供需的矛盾日益突出；另一方面，許多已分配的頻段在大多數情況下未被充分利用。美國聯邦通信委員會（FCC）在2003年的調查所提供的數據表明，已經分配的頻譜的利用率僅為15%~85%。在這種背景下，認知無線電技術應運而生。認知無線電技術作為一種智能的動態頻譜共享技術，能夠感知無線通信環境，根據一定的學習和調度算法，實時自適應地改變系統的工作參數，動態檢測和有效利用空閑頻譜，在本質上提高頻譜資源利用率、解決頻譜資源短缺問題。在認知無線電網絡中，由于無線頻譜資源的時間、空間變化特性，以及認知用戶移動導致網絡拓撲變化等，因此對網絡中資源（信道、功率等）的分配必須滿足動態自適應的要求。動態資源分配方法通過周期性地檢測無線網絡環境獲取信道狀態信息，根據當前業務的QoS需求，為用戶分配最合適的傳輸信道和傳輸功率，充分提高無線頻譜的利用率和網絡的吞吐量。

申請號為“201110274437.0”的專利文件公開了“一種用于認知無線電網絡的信道和功率聯合分配方法”，該方法重點考慮并保證的是認知用戶的速率要求和用戶公平性，最終通過合作博弈理論解決分配問題，實現了資源的公平分配。申請號為“200910034228.1”的專利文件公開了“認知無線電中基于干擾溫度的信道與功率聯合分配方法”，該方法重點考慮的是在授權用戶干擾溫度限制下，信道和功率資源的公平性分配問題，依據小區內授權用戶允許的最大干擾溫度推算出認知用戶的可發送功率，并且引入貧困線來保證各個用戶信道分配的公平性。

上述認知無線電的信道和功率聯合分配方法中，雖然考慮到了認知用戶對主用戶的干擾以及認知用戶的服務質量問題，但這些方法解決的都是在某一種特定的無線電環境狀態下的信道和功率資源的分配問題，而沒有考慮多階段的信道和功率聯合分配問題；并且都沒有考慮認知用戶的通信連續性問題，在這些分配機制下，認知用戶在每個頻譜分配階段都要頻繁地切換信道，不僅消耗了能量，還無法保證前后通信的連續性。因此研究認知無線電中保證通信連續性的信道和功率聯合分配方法具有十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種認知無線電中保證通信連續性的信道和功率聯合分配方法，能夠保證認知用戶在不同資源分配階段的通信連續性。

為解決上述技術問題，本發明采用如下的技術方案：一種認知無線電中保證通信連續性的信道和功率聯合分配方法，在集中式結構的認知無線電網絡中隨機分布N個認知用戶（SU），在網絡的中心位置設置一個認知基站（BS），網絡中可用頻譜被劃分為M(M＞N)個正交的子信道，每個子信道的帶寬均為W，包括以下步驟：

S1，認知用戶周期性地感知無線電環境，認知基站采用一定的合并準則，對N個認知用戶收集到的數據信息進行融合，通過合作檢測的方法獲取子信道狀態信息，用向量I={I_m|I_m∈{0,1}}_M×1表示，其中，I_m＝1表示子信道m被主用戶（PU）占用，I_m＝0表示子信道m空閑；“一定的合并準則”和“合作檢測的方法”均采用公知技術。

S2，認知用戶向認知基站發送通信請求，并告知認知基站需要傳輸的信息量大小（單位為比特），用向量R={R_n|R_n≥0}_N×1表示，R_n＝0表示認知用戶n無通信需求，同時，認知基站采集每個認知用戶的服務質量需求信息，服務質量需求信息用信噪比衡量，用向量γ={γ_n}_N×1表示；

S3，認知基站根據子信道狀態信息以及服務質量需求信息，通過求解一個帶有約束條件的最優化問題來為認知用戶分配初始階段的最優的信道和功率資源，認知用戶開始進行通信；

S4，當初始階段的通信結束時，更新子信道狀態信息和服務質量需求信息，在進行下一階段，即第i(i＞1)階段的信道和功率資源分配前，需完成以下步驟：