[發明專利]一種認知無線網絡中聯合功率和信道分配方法

有效

• 申請號: 201410081327.6
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN103796211B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 李洪兵;應騰達;余華興;黃天聰;張電;陳剛;廖玉祥;唐夲;徐菁;周鼎;馮彬
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網重慶市電力公司江北供電分公司;重慶大學
• 主分類號: H04W16/10
• 分類號: H04W16/10;H04W16/14;H04W28/08
• 代理公司: 重慶為信知識產權代理事務所(普通合伙)50216
• 代理人: 余錦曦

1.一種認知無線網絡中聯合功率和信道分配方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)對在多信道認知無線網絡中每個信道上的主用戶與認知用戶之間、各認知用戶之間所受到的干擾實現量化并限定；

(2)定義各個認知用戶接入頻譜行為的效用函數為吞吐量T_ij，通過構建非合作博弈框架進行分布式求解認知用戶的效用函數最優解以達到整體網絡性能的最優；

(3)引入相應的價格函數對認知用戶的資源占用行為進行定價，限制認知用戶的自私性；

(4)利用非合作博弈構建成一個潛博弈模型，保證其收斂性；

在步驟(1)中：

假定一個由多個認知用戶組成的ad-hoc認知無線電網絡，周圍有主用戶存在，在D*D的范圍內隨機分布著N(1，2…n)個認知用戶對，一認知用戶對包括一個發射節點和一個接收節點；頻譜由K個正交信道組成，K＜N，同時有M個主用戶節點，每個主用戶可以工作在一個或多個信道上；定義認知用戶i的發射功率向量P_i＝[p_i(1)，p_i(2)，…p_i(c)]，p_i(c)為認知用戶i在信道c上的發射功率；

信道c∈K，則接收機j的接收SINR可以表示成：

${\mathrm{\γ}}_{ijc}=\frac{P_{ijc}{G}_{ij}}{\underset{s\≠i,s=1}{\overset{N}{\Σ}}{P}_{src}{G}_{sj}f(s,j)+N_0}$

其中，γ_ijc是認知用戶i經信道c傳輸在j處接收的信干比(SINR)，G_ij是節點i到j的信道傳輸增益；N₀是接收機j處的熱噪聲，通常為常數；P_ijc是信道c中i節點的發射功率；f(s，j)是干擾方程，s為除i以外的其它認知用戶：

設定τ為主用戶的最大干擾功率，那么，信道c中所有認知用戶對每個主用戶的總干擾必須滿足：

$\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{P}_{ijc}{G}_{iyc}f(i,y)\<\mathrm{\τ}$

其中G_iyc是信道c中發射節i點到主用戶y的干擾增益，f(i，y)是類似f(s，j)的干擾方程；

對于網絡中的某個認知用戶，在某個特定信道上除了收到同道鄰居節點的干擾之外，自身還對同道鄰居節點產生干擾；量化某個認知用戶所承受的同道干擾I_ijc如下：

$I_{ijc}=\underset{j=1,j=i}{\overset{N}{\Σ}}{P}_{ijc}{G}_{ji}f(j,i)$

其中，P_jic表示其它認知用戶節點對當前節點i的發射功率，G_ji是其它認知用戶節點到當前節點i的鏈路增益，f(j，i)是類似f(s，j)的干擾方程；

該認知用戶對其它同道鄰居節點產生的干擾I′_ijc如下：

$I_{ijc}^{\′}=\underset{j=1,j=i}{\overset{N}{\Σ}}{P}_{ijc}{G}_{ij}f(i,j)$

則認知用戶i所承受的來自其它認知用戶的干擾以及對其它認知用戶產生的干擾總和可以表示為：

I_ic＝I_ijc+I′_ijc；

在步驟(2)中：

首先，定義一場博弈為G＝{N，{S_i}_i∈N，{u_i}_i∈N}；在博弈模型中，N是認知無線網絡的所有發射節點的集合，S_i是關于發射節點i的行為策略；u_i是目標函數，發射節點期望最大化目標函數；

其次，定義各個認知用戶節點效用函數u_i(S_i，S_-i)為收發節點的吞吐量T_ijc，吞吐量公式如下：

u_i(s_i，s_-i)＝T_ijc＝10log(γ_ijc)

再者，量化CR-to-PU、CR-to-CR的干擾，其作為干擾約束條件如下：

γ_ijc＞γ_min

$\underset{c\∈K}{\Σ}{f}_{ijc}(i,j)=1$

f_ijc(i，j)≤P_ijc≤P_maxf_ijc(i，j) c∈K

$\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{P}_{ijc}{G}_{iyc}f(i,y)\<\mathrm{\τ},y\∈M_c,c\∈K$

其中，M_c是工作在信道c上的主用戶，f_ijc(i，j)是干擾方程，約束條件意味著發射節點i到相應的接收節點j有且只能在信道組K中的一個信道上傳輸，但是多個認知用戶可以共享同一信道；

在步驟(3)中：

定義工作在信道c上的主用戶M_c如下：

$I_{yc}=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{P}_{ijc}{G}_{iyc}f(i,y)$

c∈K y∈M_c

其中I_yc是主用戶y受到的認知無線網絡干擾，I^c_max是M_c中主用戶受到的最大干擾；

定義認知用戶i的價格函數P(s_i，s_-i)和總效用函數u_ti(s_i，s_-i)如下：

$P(s_i,s_{-i})=(\mathrm{\α}\×I_{\max }^c+\mathrm{\β}\×I_{ic})$

$u_{ij}(s_i,s_{-i})=T_{ijc}-{\mathrm{\αI}}_{\max }^c-{\mathrm{\βI}}_{ic}$

其中α、β是常數，作為線性價格函數的系數。