專利名稱：一種基于反饋控制信息的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)頻譜共享方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)頻譜共享技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
認(rèn)知無線電技術(shù)作為一種解決現(xiàn)有頻譜資源緊缺，提高頻譜利用率的技術(shù)成為近年來通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。認(rèn)知無線電的概念最初由J.Mitola于1999年提出，突出學(xué)習(xí)與推理能力及人工智能技術(shù)在認(rèn)知無線電系統(tǒng)的應(yīng)用，使無線終端能夠感知無線環(huán)境的變化，并通過學(xué)習(xí)自適應(yīng)地調(diào)整自身的通信參數(shù)以適應(yīng)無線環(huán)境的變化。由于認(rèn)知無線電系統(tǒng)靈活的調(diào)整能力，被引入到空閑授權(quán)頻譜資源的“二次利用”問題中，允許認(rèn)知用戶在不影響授權(quán)用戶通信質(zhì)量的條件下接入空閑頻譜資源，滿足認(rèn)知用戶的通信需求并為授權(quán)用戶帶來一定經(jīng)濟(jì)收益。認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的頻譜共享方式主要可分為機(jī)會(huì)式頻譜共享與覆蓋式頻譜共享。在機(jī)會(huì)式頻譜共享方式中，認(rèn)知用戶通過授權(quán)頻譜資源的感知尋找空閑的頻譜資源，利用處于空閑狀態(tài)的授權(quán)頻譜資源完成自身通信目標(biāo)。在覆蓋式的頻譜共享方式中，認(rèn)知用戶與授權(quán)用戶占用相同的頻譜資源，認(rèn)知用戶需要控制其傳輸功率，以避免對(duì)授權(quán)用戶造成有害干擾。覆蓋式的頻譜共享方式由于其對(duì)授權(quán)用戶通信質(zhì)量的有效保護(hù)被廣泛討論，但現(xiàn)有的頻譜共享模型多集中于授權(quán)用戶狀態(tài)的檢測及認(rèn)知用戶的功率分配問題上。由于缺少認(rèn)知用戶與授權(quán)用戶間信息的交互及無線通信環(huán)境中的噪聲影響，認(rèn)知用戶的信息傳輸易影響授權(quán)用戶的通信質(zhì)量。因此，基于反饋控制信息的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的頻譜共享可以更好地確保授權(quán)用戶的通信質(zhì)量。反饋控制信息的應(yīng)用也體現(xiàn)在現(xiàn)階段廣泛采用的通信系統(tǒng)中，如CDMA的反饋功率控制，WiFi中的ACK/NCK反饋等。反饋控制信息作為有效衡量認(rèn)知用戶信息傳輸對(duì)授權(quán)用戶通信質(zhì)量影響的重要標(biāo)志在認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)頻譜共享中應(yīng)用具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供能夠更好地保證授權(quán)用戶的通信質(zhì)量的一種基于反饋控制信息的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)頻譜共享方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明一種基于反饋控制信息的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)頻譜共享方法，其特征是(1)初始化認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的通信傳輸參數(shù)，根據(jù)授權(quán)用戶的中斷概率限制近似等效得到不同認(rèn)知用戶的中斷概率約束條件，并初始化各認(rèn)知用戶發(fā)射功率為授權(quán)用戶接收機(jī)處環(huán)境噪聲水平設(shè)授權(quán)用戶發(fā)射機(jī)的傳輸功率為Ptl，授權(quán)用戶接收機(jī)處的噪聲功率為Ntl，授權(quán)用戶可承受的最小信干比為Vth，授權(quán)用戶可承受的中斷概率n，在無認(rèn)知用戶共享授權(quán)頻譜資源時(shí)，授權(quán)用戶的初始中斷概率n0，認(rèn)知用戶的最大傳輸功率為Pmax，當(dāng)授權(quán)用戶接收機(jī)信干比小于可承受信干比η時(shí)授權(quán)用戶通信可能發(fā)生中斷，設(shè)參與頻譜共享的認(rèn)知用戶數(shù)為Μ，認(rèn)知用戶發(fā)射機(jī)到授權(quán)用戶接收機(jī)的有效路徑損耗為hi (i = 1，2，...，Μ)可以被授權(quán)用戶接收機(jī)準(zhǔn)確估計(jì)，授權(quán)用戶發(fā)射機(jī)到授權(quán)用戶接收機(jī)間的隨機(jī)噪聲及各認(rèn)知用戶發(fā)射機(jī)到授權(quán)用戶接收機(jī)間的噪聲Gi服從獨(dú)立的零均值單位方差的指數(shù)分布，認(rèn)知用戶接收機(jī)處的環(huán)境噪聲為Ni,認(rèn)知用戶的發(fā)射功率為Pi, ρ in,P2,- 為各認(rèn)知用戶的功率分配策略的集合，若認(rèn)知用戶的通信目標(biāo)為確定合理的功率分配策略最大化系統(tǒng)傳輸速率且滿足不對(duì)授權(quán)用戶造成有害影響的約束條件，則認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)頻譜共享模型及授權(quán)用戶中斷概率約束條件可被化簡為
M . hp max · log(l J -lj^)
p ^N/
Msi.
m
K \)biPi Ku
I I pmax式中S. t.代表須滿足的約束條件，A GJth IP0G0, μ (1 [η0)/(\「η)，利用松弛優(yōu)化方法可將認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的授權(quán)用戶中斷概率約束條件近似等效為各認(rèn)知用戶的中斷概率，可得改進(jìn)的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的頻譜共享模型
M . hP max · log(l J -j^)
PN/
讓 IJb1P1
U-
\J
M(a
} P} Pn
式中取從 [y，為等效的各認(rèn)知用戶中斷概率約束條件， M{\ Iη)
迭代求解認(rèn)知用戶功率分配策略過程中，各認(rèn)知用戶的初始化功率分配策略為環(huán)境噪聲的水平Ntl，各認(rèn)知用戶初始的功率迭代調(diào)整因子 maxi^^，其中 6剛為,· bM]；(2)根據(jù)授權(quán)用戶的反饋控制信息，觀測授權(quán)用戶在時(shí)間t內(nèi)發(fā)生中斷的次數(shù)η ；(3)根據(jù)累計(jì)觀測的授權(quán)用戶反饋控制信息更新估計(jì)的觀測中斷概率
, 41/Γ if
Ifbserve 3，
2 “ else式中t為已觀測的時(shí)隙個(gè)數(shù)，T為設(shè)定觀測時(shí)隙的長度；(4)根據(jù)認(rèn)知用戶自身功率與其對(duì)應(yīng)的中斷概率約束條件，及授權(quán)用戶可承受的中斷概率％與觀測中斷概率更新調(diào)整因子
權(quán)利要求
1. 一種基于反饋控制信息的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)頻譜共享方法，其特征是(1)初始化認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的通信傳輸參數(shù)，根據(jù)授權(quán)用戶的中斷概率限制近似等效得到不同認(rèn)知用戶的中斷概率約束條件，并初始化各認(rèn)知用戶發(fā)射功率為授權(quán)用戶接收機(jī)處環(huán)境噪聲水平設(shè)授權(quán)用戶發(fā)射機(jī)的傳輸功率為Ptl，授權(quán)用戶接收機(jī)處的噪聲功率為Ntl，授權(quán)用戶可承受的最小信干比為Vth，授權(quán)用戶可承受的中斷概率η，在無認(rèn)知用戶共享授權(quán)頻譜資源時(shí)，授權(quán)用戶的初始中斷概率n0，認(rèn)知用戶的最大傳輸功率為Pmax，當(dāng)授權(quán)用戶接收機(jī)信干比小于可承受信干比η時(shí)授權(quán)用戶通信可能發(fā)生中斷，設(shè)參與頻譜共享的認(rèn)知用戶數(shù)為Μ，認(rèn)知用戶發(fā)射機(jī)到授權(quán)用戶接收機(jī)的有效路徑損耗為、(i = 1,2, ...，Μ)可以被授權(quán)用戶接收機(jī)準(zhǔn)確估計(jì)，授權(quán)用戶發(fā)射機(jī)到授權(quán)用戶接收機(jī)間的隨機(jī)噪聲及各認(rèn)知用戶發(fā)射機(jī)到授權(quán)用戶接收機(jī)間的噪聲Gi服從獨(dú)立的零均值單位方差的指數(shù)分布，認(rèn)知用戶接收機(jī)處的環(huán)境噪聲為Ni,認(rèn)知用戶的發(fā)射功率為Pi, P= [P1, Ρ2，·ΡΜ]為各認(rèn)知用戶的功率分配策略的集合，若認(rèn)知用戶的通信目標(biāo)為確定合理的功率分配策略最大化系統(tǒng)傳輸速率且滿足不對(duì)授權(quán)用戶造成有害影響的約束條件，則認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)頻譜共享模型及授權(quán)用戶中斷概率約束條件可被化簡為
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種基于反饋控制信息的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)頻譜共享方法初始化認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的通信傳輸參數(shù)，根據(jù)授權(quán)用戶的中斷概率限制近似等效得到不同認(rèn)知用戶的中斷概率約束條件，并初始化各認(rèn)知用戶功率。觀測授權(quán)用戶在時(shí)間t內(nèi)發(fā)生中斷的次數(shù)n，更新估計(jì)的觀測中斷概率，更新調(diào)整因子，計(jì)算改進(jìn)的功率分配策略，檢測循環(huán)終止條件是否滿足，不滿足返回上述步驟，滿足則終止。本發(fā)明利用最優(yōu)化理論與授權(quán)用戶的反饋控制信息建立認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的頻譜共享模型，保證授權(quán)用戶通信的中斷概率低于設(shè)定水平，便于認(rèn)知用戶通過授權(quán)用戶反饋控制信息的觀測，迭代求解自身功率分配策略。
文檔編號(hào)H04W16/14GK102368854SQ201110336288
公開日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者葉方, 張宗志, 李一兵, 李一晨, 李婷, 楊蕊, 湯靈, 陳宇賢 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)