[發明專利]基于量子猴群搜索機制的認知無線電功率控制方法

有效

• 申請號: 201711173666.7
• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN107864507B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 高洪元;劉子奇;刁鳴;王宇;侯陽陽;池鵬飛;蘇雨萌;馬雨微
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H04W52/34
• 分類號: H04W52/34;H04W52/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種基于量子猴群搜索機制的認知無線電功率控制方法，建立非合作博弈的認知無線電功率控制模型，計算認知用戶效用函數和，引入功率代價機制，選擇需要優化的目標函數的形式；受猴群活動啟發，設計量子猴群搜索機制，產生量子猴群中猴子的量子位置和數量，映射系統用戶發射功率與猴群的量子位置一一對應，計算適應度值；經猴群活動中攀爬的過程更新每只猴子的最優量子位置；把猴子爬過程的最優量子位置映射為發射功率，通過猴群活動的望?跳與空翻的過程對猴子的最優位置進行更新；經數次迭代求得猴子的最優位置為最優解。本發明有更廣泛的使用范圍，能保證現有認知無線電系統中用戶效用的提升，且用戶功率的發射減少。

技術領域

本發明涉及一種基于量子猴群搜索機制的認知無線電功率控制方法，屬于無線通信領域。

背景技術

當前，隨著各種無線通信技術的廣泛應用，有限的頻譜資源越來越緊張；而另一方面，大量的頻譜資源沒有被充分利用。為了緩解頻譜資源的缺乏和頻譜資源利用率低的矛盾，各種動態頻譜共享的技術應運而生，其中認知無線電的發展最引人注目。認知無線電是實現無線頻譜資源復用的關鍵技術，它可顯著的提高無線頻譜利用率，實現動態頻譜接入。

認知無線電是一種含有人工智能特性的無線通信技術，它能夠連續不斷地感知周圍的通信環境，通過對環境信息的分析、理解和判斷，然后通過無線電知識表達語言自適應地調整其內部通信參數以適應環境的變化。其核心思想是通過檢測那些處于空閑狀態的頻譜，在不影響授權用戶的前提下智能地選擇和利用這些頻譜。認知無線電技術實現頻譜共享的前提是必須保證對主用戶不造成干擾，而每個分布式操作的認知用戶的功率分配是造成干擾的主要原因，因此探索適用于認知無線電技術的分布式功率控制顯得尤為重要。

經過現有技術文獻的檢索發現，Saraydar等在《IEEE Transactions on WirelessCommunications》(IEEE(無線通信)期刊)(PII S0090-6778(02)01363-6)上發表的“Efficient power control via pricing in wireless data networks”提出了基于代價函數的非合作功率控制博弈算法，以避免系統中單個用戶過大的提高自己的發射功率，對用戶起到了約束的作用，增加整個系統的收益，且可以使系統內用戶能夠更公平的共享頻譜資源。裴濤在其畢業論文“基于量子遺傳算法的認知無線電功率控制研究”中提出了將量子遺傳算法運用到認知無線電功率控制中，獲取認知用戶的發射功率，同基于代價函數的非合作功率博弈控制算法相比，遺傳算法與量子遺傳算法等算法在控制認知用戶發射功率及提高用戶效用方面更具有優勢。

在多用戶傳輸的認知無線電傳輸系統中，發射功率控制受到給定的干擾溫度和可用空閑頻譜數量的限制，在有限的可用頻譜資源以及不違反干擾溫度限的條件下，選擇I個用戶的發射功率，從而使得所有認知用戶的聯合數據傳輸速率最大化。目前解決這一難題的主要技術是博弈論和信息論。對于認知系統里的多用戶，且認知用戶之間存在的合作和競爭現象，可以考慮引入博弈論模型來解決。而在傳統的非合作功率控制博弈算法中，為了避免單個用戶過大的提高自己的發射功率來最大化自己的效用函數，引入了代價函數去約束。因此采用基于代價函數的非合作功率控制博弈模型，并提出使用量子猴群搜索機制使得系統內認知用戶穩定的工作在一個相對較低的發射功率下，且其效用函數更高。

發明內容

本發明的目的是為了提供一種基于量子猴群搜索機制的認知無線電功率控制方法，能夠對認知無線電系統中各認知用戶發射功率進行控制，從而達到更高的效用。

本發明的目的是這樣實現的：步驟如下：

步驟一：建立使用代價函數機制的非合作功率控制博弈NPGP模型：

步驟二：初始化量子猴群中猴子的量子位置和數量，并將認知無線電中各用戶發射功率的映射值與猴子的量子位置一一對應，取認知用戶的效用函數和為適應度函數；