[發明專利]一種基于能效和譜效聯合優化的認知無線電功率分配方法

有效

• 申請號: 201711171624.X
• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN107947878B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 肖淑艷;陶為戈;俞洋;張雷;劉舒祺;王永星
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: H04B17/382
• 分類號: H04B17/382;H04W52/34
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 張宇

1.一種基于能效和譜效聯合優化的認知無線電功率分配方法，認知無線電網絡包含一對主用戶發射機PT和接收機PR，一對認知用戶發射機ST和接收機SR，認知用戶傳輸鏈路與主用戶傳輸鏈路共享頻譜資源，在某個給定的授權信道上，主用戶發射機PT向主用戶接收機PR發送數據，認知用戶發射機ST與認知用戶接收機SR進行通信，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：認知用戶采用能量感知方法進行頻譜感知，得到認知用戶的檢測概率和虛警概率；

步驟2：在認知用戶平均發射功率、主用戶平均干擾功率和檢測概率門限的約束下，建立最大能效和譜效的優化模型P1；

步驟3：等價轉化優化模型P1；

步驟4：求解最佳功率分配、最大能效和最大譜效；

所述步驟2中，在認知用戶平均發射功率、主用戶平均干擾功率和檢測概率門限的約束下，建立最大能效和譜效的優化模型P1包括以下步驟：

步驟21：認知用戶譜效建模

認知用戶在感知時間τ內感知主用戶信道狀態，根據認知用戶的頻譜感知結果來決定其傳輸功率，獲得認知用戶的譜效模型η_SE，如果主用戶正在授權頻段上通信，則認知用戶以較低的功率P_t⁽¹⁾在感知時間T-τ內進行數據傳輸，相反，如果主用戶不存在，認知用戶則以較高的功率P_t⁽⁰⁾在時間T-τ內傳輸數據，其中T為一個周期的時間；

步驟22：認知用戶能效建模

假設在認知系統中，認知用戶進行頻譜感知消耗的功率為P_s，P_c表示認知系統固定的電路損耗功率，則根據主用戶的實際狀態和認知用戶的感知結果，獲得認知用戶的能效建模η_EE；

步驟23：建立功率分配的約束條件模型

首先，為了避免對主用戶造成有害的干擾，設定認知用戶對主用戶的平均干擾功率門限來保證主用戶能正常通信；

其次，為了保證認知用戶能長時間的工作，設定認知用戶的平均最大發射功率限制；

最后，設定認知用戶的檢測概率高于設定的門限值；

所述步驟23中，設定主用戶所能忍受的最大干擾功率為Γ，認知用戶對主用戶帶來的平均干擾功率如式(1)所示：

其次，設定認知用戶所能發射的最大的發射功率為P_av，認知用戶的平均發射功率如式(2)所示：

認知用戶的檢測概率的約束如式(3)所示：

即：認知用戶的檢測概率高于設定的門限值；

其中，P_av為認知用戶所能發射的最大的發射功率；為認知用戶的檢測概率的門限值，a₀表示主用戶信道空閑，而認知用戶也檢測到主用戶不存在的概率；b₀表示主用戶信道被占用，而認知用戶檢測到主用戶不存在的概率；a₁表示主用戶信道空閑，而認知用戶檢測到主用戶存在的概率；b₁表示主用戶信道被占用，而認知用戶也檢測到主用戶存在的概率，E代表求數學期望；

步驟24：建立優化模型P1；

所述步驟3中，等價轉化優化模型P1，包括如下步驟：

步驟31：通過一維窮舉搜索法搜索最優感知時間

感知時間τ是在[0,T]范圍內，通過一維窮舉法搜索到最優的感知時間為：

步驟32：優化模型P1的轉化

把優化模型P1轉化為給定感知時間τ的關于發射功率P_t⁽⁰⁾,P_t⁽¹⁾的凸優化，通過在[0,T]范圍內使用遍歷搜索法或者窮舉法獲得最優的感知時間以及在最優感知時間下的最優功率分配，并將優化模型P1轉換成凸優化模型P2，凸優化模型P2如式(5)所示：

其中，E^all為認知用戶消耗的總能量；C₁為認知用戶對主用戶帶來的平均干擾功率；C₂為認知用戶的平均發射功率；C₃為認知用戶的檢測概率的約束值，ρ為平衡因子；

步驟33：根據非線性分式規劃，轉換凸優化模型P2

根據分式規劃理論，把凸優化模型P2轉換為具有參數的線性規劃模型P3，線性規劃模型P3如式(6)所示：

其中，ξ為非負數，能量價格因子。