[發(fā)明專利]CRN中的功率分配方法及其在智慧交通網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810010665.9
• 申請日: 2018-01-05
• 公開（公告）號: CN108347761A
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張新;馬艷波;秦升平;楊瀟;郭強(qiáng);劉偉龍
• 申請（專利權(quán)）人: 山東財(cái)經(jīng)大學(xué)
• 主分類號: H04W52/24
• 分類號: H04W52/24;H04W52/26;H04W72/04;H04W72/08
• 代理公司: 濟(jì)南泉城專利商標(biāo)事務(wù)所 37218
• 代理人: 張貴賓

本發(fā)明涉及一種CRN（認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)）中的功率分配方法及在智慧交通網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。其技術(shù)方案包括：通過非盲信道估計(jì)方法獲得非理想信道狀態(tài)信息；設(shè)定保障主要用戶通信不受次要用戶影響的干擾功率門限；以安全有效容量為目標(biāo)函數(shù)，功率限制為約束條件，構(gòu)造魯棒優(yōu)化問題，并通過拉格朗日對偶理論求得最優(yōu)的對偶因子，進(jìn)而求得最優(yōu)的發(fā)射功率，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)功率分配；次要用戶按照分配的功率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。本發(fā)明不但使安全認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)滿足了用戶統(tǒng)計(jì)時(shí)延QoS方面的要求，更具備計(jì)算復(fù)雜度低，對信道適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有重要的理論及現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種CRN中的功率分配方法及其在智慧交通網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

無線通信中的頻譜資源低利用率問題嚴(yán)重制約了新一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。認(rèn)知無線電技術(shù)可有效提高頻譜利用率，從而緩解無線頻譜資源短缺問題。它通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對本地電磁環(huán)境的主動(dòng)認(rèn)知，靈活地選擇空閑頻譜資源，從而充分利用時(shí)頻空洞而提高頻譜的利用效率。基于頻譜共享的認(rèn)知無線電通信方式允許次要用戶與主要用戶同時(shí)接入主要用戶的授權(quán)頻段，但是次要用戶發(fā)射端需要調(diào)整發(fā)射功率以保證對主要用戶的干擾功率不超過其能容忍的干擾門限。

但是，認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)（Cognitive radio networks，簡稱CRN）也面臨比傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)更為復(fù)雜的安全威脅。近年來，物理層安全技術(shù)作為密鑰加密技術(shù)的補(bǔ)充，受到了越來越多的關(guān)注。同時(shí)，為了承載多媒體業(yè)務(wù)，統(tǒng)計(jì)時(shí)延服務(wù)質(zhì)量要求與安全問題一樣，在下一代無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸中起著至關(guān)重要的作用。在認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中，主要用戶與次要用戶共享頻譜資源，靈活的功率分配機(jī)制對物理層安全容量的提高至關(guān)重要，引起研究人員的廣泛關(guān)注。L. Ma等學(xué)者在“IEEE 83th Vehicular Technology Conference, 2016:1-6”發(fā)表的文章 “Delay-QoS-Driven Secrecy Power Allocation in Underlay SecureCognitive Radio System”提出了一種安全認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中保證統(tǒng)計(jì)時(shí)延QoS要求的功率分配策略。在理想信道狀態(tài)條件下，通過安全有效容量跨層模型實(shí)現(xiàn)了在不同統(tǒng)計(jì)時(shí)延QoS要求下，單用戶安全認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的性能最優(yōu)。

在實(shí)際通信環(huán)境中，由于信道估計(jì)誤差、有限的信道反饋、缺少主要用戶與次要用戶間的信令交互，很難或者不可能獲得理想的信道狀態(tài)信息。因此物理層的功率分配機(jī)制應(yīng)該考慮信道的不確定性對物理層安全容量的影響。然而，目前的研究工作中大都致力于研究信道狀態(tài)信息完全可知情況下的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的安全功率分配方法，而未考慮到實(shí)際應(yīng)用中信道狀態(tài)信息對功率分配策略的影響。Nader Mokari等學(xué)者在 “IEEETransactions on Signal Processing,2015,63(2):291:304”發(fā)表的文論“Secure RobustErgodic Uplink Resource Allocation in Relay-Assisted Cognitive RadioNetworks”分析了在存在竊聽用戶的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中，非理想信道狀態(tài)信息在最壞情況下對于功率和子載波分配策略的影響。綜上所述，在目前查閱到的資料中，還沒有探討過在信道狀態(tài)信息不完全時(shí)，如何在安全認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中設(shè)計(jì)保障統(tǒng)計(jì)時(shí)延QoS 要求的功率分配方法。

此外，在智慧交通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，目前用于車輛終端間通信的頻段為：5855MHz-5925MHz，但隨著用戶數(shù)量和通信需求的大幅度增加，僅僅70MHz是不能滿足車輛終端間通信需求的。實(shí)驗(yàn)表明，其他授權(quán)頻段存在著大量的“頻譜空洞”，這些“頻譜空洞”大部分時(shí)間中是沒有授權(quán)用戶在使用的，因此，如何在智慧交通網(wǎng)絡(luò)中將這些“頻譜空洞”利用在車輛終端間的通信中便成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。