[發明專利]一種認知無線電網絡中多信道功率帶寬聯合分配方法

有效

• 申請號: 201710282471.X
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN107040323B
• 公開（公告）日: 2018-05-22
• 發明（設計）人: 范戎飛;靳松;陳文;安建平;王愛華;苗權
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H04B17/345
• 分類號: H04B17/345;H04B17/382;H04W16/14;H04W72/04;H04W72/08
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鮑文娟

一種認知無線電網絡中多信道功率帶寬聯合分配方法，屬于認知無線電技術領域。包括：1)次級用戶發送端設定發射功率限制和帶寬約束；2)次級用戶發送端在信道狀態測量模塊中通過與次級用戶接收端的信令交互和對歷史數據的估算獲得信道狀態信息；3)次級用戶發送端設定軟干擾約束；4)次級用戶發送端在功率帶寬決策模塊中聯合分配功率和帶寬實現平均傳輸速率最大化；5)次級用戶發送端利用解析方法求解固定拉格朗日乘子的最優解；6)判斷是否完成次級用戶發送端與次級用戶接收端之間的通信；若未完成通信，則返回2)，繼續進行下一個相干時間的信道狀態信息檢測；若已完成通信，則計算出遍歷容量。本發明具有較低的復雜度。

技術領域

本發明涉及一種認知無線電網絡中多信道功率帶寬聯合分配方法，屬于認知無線電技術領域。

背景技術

隨著無線通信領域不斷的演進，公眾對無線通信的要求也是日益增高，建設智慧城市、智能地球更是將對于網絡建設的需求推到了極致。但是，通信行業一直被頻譜資源有限和頻譜需求增長之間的不匹配所困擾。然而，頻譜的使用卻存在不均勻占用的問題。比如一些非授權頻段——工業、科學和醫用等頻段內擁擠現象尤為明顯；相反，例如在電視模擬轉數字之后所空閑出來UHF頻段，其中一些授權頻譜在多達85％的時間內未被有效使用。可見靜態分配頻率資源的政策和動態無線接入的需求之間的矛盾是無線通信亟待解決的主要問題。

為了在頻譜資源稀缺的情況下，克服頻率資源固化分配所帶來的困難，滿足無線通信動態接入日益增長的需求，需要研究在保證擁有頻譜使用權的主用戶可正常使用的前提下，未被分配頻譜的次級用戶如何選擇合適的頻譜資源進行通信的認知無線電系統動態頻譜接入技術。其中，相較于需先進行頻譜感知的頻譜填充模式，在頻譜襯墊模型中避免了因漏檢事件而產生錯誤感知的后果，防止了次級用戶搶占主用戶信道的可能，并減少了次級用戶因主用戶的使用行為而發生的信道切換或中斷通信。在次級用戶產生的干擾受控的情況下，頻譜襯墊模式可與主用戶同時使用相同頻譜，通過較寬的頻帶資源進行通信。

申請號201210394839.9的專利文件公開了“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”。該方法通過認知基站進行感知信道狀態信息，根據次級用戶的請求，在不同階段，通過聯合分配信道和功率為有需要的次級用戶提供具有連續性的通信；但是其中涉及優化信道和功率分配矩陣問題，若采用數值算法進行求解，在子信道較多的情況下會帶來較高的復雜度。

申請號201510794460.0的專利文件公開了“一種基于OFDM的認知無線電網絡中資源分配方法”。該方法適用于認知用戶和子載波數量較大的情況，其將優化問題分解成子載波優化問題和功率優化問題兩個問題，分別采用啟發式算法和迭代算法求解；但其中直接假設主次用戶之間的信道增益已知的確定性變量，未考慮其實際測量該的難易程度以及準確程度。

IEEE Transactions on Vehicular Technology期刊2012年61卷8期中的RobustWorst-Case Interference Control in Underlay Cognitive Radio Networks一文中研究了在頻譜襯墊模式下的魯棒最壞干擾控制問題。文中考慮了干擾信道增益估計誤差，從軟干擾約束角度利用機會約束方法對問題進行轉化，并利用類注水法進行求解，實現了在魯棒性和最優性的平衡；然而，因缺少從長時的信道統計特性進行考慮，所以即使考慮了估計誤差，仍需要實時對于信道進行估計，增加了能量消耗。

上述已有的認知無線電資源分配技術分別考慮了連續通信下的信道分配，多用戶的擴展以及估計誤差下的魯棒性與最優性的平衡，雖然在信道狀態信息是瞬時變量的情況下可實現最大化系統吞吐量，然而在非合作的主次用戶之間得到實時估計的信道容量并不現實。故本發明致力于解決上述資源分配技術中對于實時干擾信道增益的依賴，將干擾信道狀態看作一個不斷變化的隨機過程，同時考慮到了干擾信道中信道增益的分布不易獲得的情況，采用其一、二階矩信息來刻畫對于主用戶干擾的約束條件，相應的利用遍歷容量來描述統計意義上的信道容量。相比于傳統的數值求解優化問題的方法，本發明通過給出計算解析解的方法而具有較低的計算復雜度。