[發(fā)明專利]一種基于能效和譜效聯(lián)合優(yōu)化的認(rèn)知無線電功率分配方法

有效

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• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN107947878B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖淑艷;陶為戈;俞洋;張雷;劉舒祺;王永星
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇理工學(xué)院
• 主分類號: H04B17/382
• 分類號: H04B17/382;H04W52/34
• 代理公司: 常州佰業(yè)騰飛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32231
• 代理人: 張宇

本發(fā)明公開了一種基于能效和譜效聯(lián)合優(yōu)化的認(rèn)知無線電功率分配方法，屬于無線通信資源分配技術(shù)領(lǐng)域，包括如下步驟：1、認(rèn)知用戶采用能量感知方法進(jìn)行頻譜感知，得到認(rèn)知用戶的檢測概率和虛警概率；2、在認(rèn)知用戶平均發(fā)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(yōu)化模型P1；3、等價轉(zhuǎn)化最優(yōu)化模型P1；4、求解最佳功率分配、最大能效和最大譜效，得到最優(yōu)功率分配和最大能效譜效。本發(fā)明能夠在滿足認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)譜效的同時最大化認(rèn)知用戶的能效的情況下進(jìn)行最優(yōu)感知時間和最佳功率分配，也可以在滿足認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)能效的同時最大化認(rèn)知用戶的譜效的情況下進(jìn)行最優(yōu)的感知時間和最佳的功率分配。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種感知時間及功率分配聯(lián)合優(yōu)化方法，特別是涉及一種基于能效和譜效聯(lián)合優(yōu)化的認(rèn)知無線電功率分配方法，屬于無線通信資源分配技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

無線和移動通信技術(shù)的飛速發(fā)展，一方面，造成了現(xiàn)有固定頻譜資源分配方式下頻譜資源短缺的問題，另一方面，導(dǎo)致移動設(shè)備消耗的能量快速增加，造成了能源緊缺的問題，根據(jù)現(xiàn)有研究報道，信息通信技術(shù)每年消耗的能量占每年總能量消耗的2％到10％，因此，隨著綠色通信技術(shù)的發(fā)展，能量效率簡稱能效，在近年來也引起了人們的關(guān)注，由于綠色認(rèn)知無線電不僅能提高頻譜效率簡稱譜效，而且能最大化系統(tǒng)的能效，成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，綠色認(rèn)知無線電作為一種頻譜共享技術(shù)，能夠充分利用主用戶空閑的頻譜資源，其主要思想是認(rèn)知用戶可以在不影響主用戶正常通信的前提下或者在對主用戶的干擾在一定的門限之下，以最大能效的方式接入主用戶的授權(quán)頻段進(jìn)行通信，從而提高認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的譜效，而且盡可能最大化認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的能效。

但是，研究表明，在認(rèn)知無線電中提高認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的能效會降低譜效；同樣，提高認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的譜效也會降低能效，也就是說能效和譜效不可能同時達(dá)到最大，因此，如何設(shè)計能效與譜效的折中是一個值得研究的問題；在綠色認(rèn)知無線電中，由于認(rèn)知無線電的優(yōu)先性是保護(hù)主用戶的服務(wù)質(zhì)量，因此，必須控制認(rèn)知用戶的發(fā)射功率，且其傳輸對主用戶的干擾功率也應(yīng)該在一定的門限之下，因此，在綠色認(rèn)知無線電中，對認(rèn)知用戶的發(fā)射功率進(jìn)行最佳分配，不僅能很好的保護(hù)主用戶的服務(wù)質(zhì)量，同時也能在最大化認(rèn)知用戶能效的基礎(chǔ)上，獲取更高的譜效。因此，如何對認(rèn)知用戶進(jìn)行功率分配也是一個值得研究的問題。

現(xiàn)有的研究大多是單獨(dú)的提高認(rèn)知用戶能效或者提高認(rèn)知用戶的譜效，并沒有考慮能效和譜效的折中優(yōu)化：

Stotas S,Nallanathan A.提出了一種提高認(rèn)知無線電頻譜效率的功率分配方法，該方法在認(rèn)知用戶最大發(fā)射功率和主用戶所能容忍的最大干擾功率的約束下，以最大化認(rèn)知用戶的吞吐量(譜效)為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了認(rèn)知用戶的最佳功率分配，但是這種方法沒有考慮認(rèn)知用戶的能效，且其在機(jī)會頻譜接入模式下進(jìn)行的功率分配。

Park H,Hwang T等人提出了一種基于頻譜感知的頻譜共享的能效最大的功率分配方法，該方法在認(rèn)知用戶的最大發(fā)射功率和主用戶的干擾溫度的約束下，以最大化認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的能效為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了認(rèn)知用戶的最佳功率分配。但是這種方法沒有考慮認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的譜效，且其未考慮認(rèn)知用戶感知時間的優(yōu)化。

Hu H,Zhang H,Liang Y C等人提出了一種同時最大化能效和譜效的方法，該方法以同時最大化認(rèn)知用戶的能效和譜效為目標(biāo)，設(shè)計了最優(yōu)的認(rèn)知用戶的感知時間，感知門限，感知策略，協(xié)作感知的用戶數(shù)，但是這種方法沒有考慮認(rèn)知用戶的功率分配。

目前，最佳功率分配策略主要基于以下兩種機(jī)制進(jìn)行的：

(1)機(jī)會頻譜接入機(jī)制：在機(jī)會頻譜接入機(jī)制下，只有當(dāng)認(rèn)知用戶檢測到主用戶空閑時，認(rèn)知用戶才會接入分配給主用戶的頻譜進(jìn)行通信，當(dāng)授權(quán)用戶重新返回通信時認(rèn)知用戶應(yīng)立即切換至其他頻段進(jìn)行通信。