[發明專利]認知無線電中能效與譜效折衷的子載波比特聯合優化方法

有效

• 申請號: 201711165477.5
• 申請日: 2017-11-21
• 公開（公告）號: CN107948109B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 許曉榮;伍偉偉
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H04L27/00
• 分類號: H04L27/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本發明公開了一種認知無線電中能效與譜效折衷的子載波比特聯合優化方法。本發明首先考慮數據傳輸采用多進制相移鍵控調制方式下，構造認知無線網絡的能量效率和頻譜效率的加權折衷函數進行系統建模；然后，在各個認知用戶信息傳輸速率公平比的條件下，將子載波分配給每個用戶；最后，基于兩種經典的比特分配算法為每個認知用戶分配比特。此發明將原有兩種單用戶經典比特分配算法擴展為多用戶子載波比特聯合優化分配方法，對比分析了認知無線網絡子載波比特分配結果，同時給出了在子載波比特優化分配時的能量效率?頻譜效率折衷關系曲線。本發明可以有效實現認知無線網絡系統能效與譜效的權衡。

技術領域

本發明屬于信息與通信工程技術領域，提出了認知無線電中能效與譜效折衷的子載波比特聯合優化方法。該方法涉及認知無線電網絡(Cognitive Radio Network，CRN)中能量效率(Energy Efficiency，EE)與頻譜效率(Spectral Efficiency，SE)折衷的資源分配方案，主要為CRN中實現能效與譜效折衷的多認知用戶子載波比特聯合優化分配方法。

背景技術

由于現階段社會資源的緊缺以及節能減排的推廣，無線系統中的頻譜效率以及能量效率得到了廣泛的關注。據聯邦通信委員會(Federal Communications Commission，FCC)研究，美國大部分城市的3GHz以下頻譜的頻譜利用率在15％至85％之間，而整體的平均水平僅為30％左右。為了緩解目前無線系統中頻譜資源緊張以及頻譜利用率低的問題，認知無線電(Cognitive Radio，CR)技術隨之產生。

認知無線電技術是一種動態頻譜接入技術，是指在不影響主用戶(Primary User，PU)性能的前提下允許認知用戶接入主用戶的頻譜的技術，這種技術可以有效的提高頻譜利用率。CR的共享接入方式有交叉式(overlay)共享和重疊式(underlay)共享兩種。交叉式共享方式只有在SU檢測到PU未使用頻譜時，才可以接入該PU頻譜，若PU重新接入該頻譜，SU則立刻讓出頻譜。重疊式共享方式中需要對PU的干擾設定一個干擾門限值，只需要滿足干擾門限要求，SU可以與PU同時共享一段頻譜。交叉式共享方式無干擾限制，重疊式共享方式可以一直傳輸信息，兩種方式各有優勢，都可以有效緩解頻譜資源不足的問題。

認知無線電技術使頻譜資源得到有效利用后，為了滿足綠色通信需求，認知無線網絡能量效率的研究也得到廣泛研究，能量效率也成為衡量通信系統性能的重要指標之一。

對認知無線電網絡系統資源的合理分配可以有效提高能量效率，同時滿足認知無線電系統中各個用戶之間資源共享公平性等需求。目前，CRN的資源分配問題主要有兩種準則：裕量自適應(Margin Adaptive,MA)準則和速率自適應(Rate Adaptive,RA)準則。(1)MA準則指在給定的傳輸速率和系統誤比特率條件下，根據子信道的增益，對子載波上的比特數進行動態自適應分配，同時調整各子載波上的發射功率，使得需要的總發射功率(或者平均每比特信噪比)最小。(2)RA準則指的是在給定的總發射功率和系統誤比特率條件下，實現信道容量(傳輸速率)最大化。這兩個準則構造模型的優化目標都是為了找到一個最佳的功率分配向量，在一定的限制條件下，使得目標函數最優化。資源分配算法的好壞直接關系到系統性能的優劣，評價資源分配的主要技術指標有：頻譜效率，能量效率，公平性，反饋開銷，傳輸時延等。

發明內容

本發明的目的是針對認知無線網絡中頻譜占用率較高的情況下，能量效率和頻譜效率需同時優化的問題，提出了認知無線電中能效與譜效折衷的子載波比特聯合優化方法。

本發明解決的問題的技術方案包括以下步驟：

步驟1、認知無線網絡系統建模：

在多認知用戶、多載波條件下對能效以及譜效進行分析建模，CRN中傳輸數據調制方式為多進制相移鍵控(M-ary Phase Shift Keying,MPSK)調制。