專利名稱：基于平均輸出吞吐量的感知無(wú)線電系統(tǒng)優(yōu)化傳輸控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及感知無(wú)線電系統(tǒng)，尤其是一種感知無(wú)線電系統(tǒng)傳輸控制方法。
背景技術(shù)：
隨著無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展和無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量的快速增長(zhǎng)，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)頻譜資源緊缺現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重。在這個(gè)情況下，感知無(wú)線電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并吸引了眾多關(guān)注。感知無(wú)線電技術(shù)通過(guò)其頻譜感知功能尋找授權(quán)用戶系統(tǒng)(注釋授權(quán)用戶專指無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中具有頻率信道固定使用權(quán)的用戶)剩余的頻譜空隙并且加以機(jī)會(huì)式使用。具體地，感知無(wú)線電系統(tǒng)采用“偵聽(tīng)一使用”模式進(jìn)行工作。感知無(wú)線電系統(tǒng)首先采用頻譜感知功能分析授權(quán)用戶信道狀態(tài)。如果信道感知結(jié)果為空閑，感知用戶便機(jī)會(huì)式地使用該授權(quán)用戶信道；否則，感知用戶便在該授權(quán)用戶信道上保持靜默狀態(tài)。感知無(wú)線電系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)授權(quán)用戶信道的機(jī)會(huì)式的二次使用，因而解決了現(xiàn)階段頻譜資源緊缺問(wèn)題。 同時(shí)，感知無(wú)線電作為一種新的特殊無(wú)線通信技術(shù)，其相應(yīng)傳輸控制方法也至關(guān)重要。實(shí)際上，感知無(wú)線電系統(tǒng)頻譜感知功能往往存在感知誤差，即存在I)漏檢事件給定授權(quán)用戶信道真實(shí)狀態(tài)為繁忙，感知用戶頻譜感知結(jié)果為信道空閑(相應(yīng)的概率用Pmd表示)；2)虛警事件給定授權(quán)用戶信道真實(shí)狀態(tài)為空閑，感知用戶頻譜感知結(jié)果為繁忙(相應(yīng)的概率用Pfa表示)。針對(duì)感知無(wú)線電“偵聽(tīng)一接入”的工作特性以及實(shí)際存在的感知誤差，感知無(wú)線電系統(tǒng)需要相應(yīng)的傳輸控制方法。但是當(dāng)前傳輸控制方法存在如下兩個(gè)不足i)現(xiàn)行方法以優(yōu)化感知用戶的各態(tài)歷經(jīng)信道容量作為目標(biāo)。但是，達(dá)到最大各態(tài)歷經(jīng)信道容量對(duì)感知用戶并不切實(shí)可行。這是因?yàn)闉榱诉_(dá)到最大各態(tài)歷經(jīng)信道容量，感知用戶必須準(zhǔn)確地知道授權(quán)用戶信道真實(shí)狀態(tài)(繁忙或空閑)，從而調(diào)整其數(shù)據(jù)傳輸速率與傳輸功率。而因感知誤差的影響，漏檢和虛警事件無(wú)法避免。這就意味著感知用戶無(wú)法知道授權(quán)用戶的真實(shí)狀態(tài)，因此最大各態(tài)歷經(jīng)信道容量也沒(méi)有辦法達(dá)到；ii)現(xiàn)行方法要求在感知用戶探測(cè)到授權(quán)用戶信道狀態(tài)為繁忙時(shí)，必須保持靜默狀態(tài)、不能進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送以避免對(duì)授權(quán)用戶系統(tǒng)造成干擾。但是，因?yàn)樘摼瘜?huì)使得感知用戶浪費(fèi)實(shí)際可使用頻譜機(jī)會(huì)。頻繁的虛警事件(如當(dāng)感知用戶感知準(zhǔn)確度較低時(shí))將引起感知無(wú)線電系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸性能明顯下降。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述兩方面的不足，本發(fā)明提供一種新的感知無(wú)線電系統(tǒng)傳輸控制方法，其主要特色包括i)以最大化平均輸出吞吐量為目標(biāo)。平均輸出吞吐量作為衡量感知無(wú)線電系統(tǒng)性能指標(biāo)的優(yōu)勢(shì)在于它不要求感知用戶知道授權(quán)用戶的真實(shí)狀態(tài)。因此，最大化的平均輸出吞吐量對(duì)感知無(wú)線電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是切實(shí)可獲得的；
ii)允許感知用戶根據(jù)其頻譜感知準(zhǔn)確度和當(dāng)前感知結(jié)果，在保證避免對(duì)授權(quán)用戶系統(tǒng)造成過(guò)大干擾的前提下使用感知結(jié)果為繁忙的授權(quán)用戶信道。這樣的優(yōu)勢(shì)在于感知無(wú)線電系統(tǒng)可避免因虛警率過(guò)高造成的頻譜資源浪費(fèi)過(guò)多現(xiàn)象，提高頻譜利用效率；iii)該方法實(shí)現(xiàn)過(guò)程簡(jiǎn)單、計(jì)算復(fù)雜度低。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方法問(wèn)題涉及的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景的描述在所述感知無(wú)線電系統(tǒng)中，授權(quán)用戶系統(tǒng)擁有一組K={1，2，...,K}信道，并且采用時(shí)間槽模型運(yùn)作；感知用戶與授權(quán)用戶系統(tǒng)的時(shí)間槽模型保持同步；在每個(gè)時(shí)隙開(kāi)始的時(shí)候，感知用戶通過(guò)頻譜感知探測(cè)授權(quán)用戶各信道狀態(tài)即授權(quán)用戶處于信道繁忙狀態(tài)或是信道空閑狀態(tài)，令Sk=O代表授權(quán)用戶信道k處于繁忙狀態(tài)，令Sk = I代表授權(quán)用戶信道k處于空閑狀態(tài)；令^ = O代表感知用戶感知結(jié)果為授權(quán)用戶信道k處于繁忙；令@ =1代表感知用戶感知結(jié)果為授權(quán)用戶信道k處于空閑狀態(tài)。在存在感知誤差的情況下，P有可能發(fā)生。 本發(fā)明提出的傳輸控制方法目標(biāo)是感知用戶根據(jù)其感知結(jié)果決定其在各信道上的數(shù)據(jù)傳輸速率傳輸功率安排}/=(U，從而保證感知用戶在所有信道上總平均輸出吞吐量最大化。本發(fā)明提出的傳輸控制方法包括如下3點(diǎn)。第I點(diǎn)，使用平均輸出吞吐量作為感知系統(tǒng)目標(biāo)當(dāng)感知用戶在授權(quán)用戶信道k上頻譜感知結(jié)果為P = /&/ = ο，ι)時(shí)，感知用戶此時(shí)的平均輸出吞吐量”定義為
XkSk]Tf 二 Pr] < log2(l + —k——J ； , k ) \
J J Ii 2 ^+(I-Zkj)YkgIZl其中，具體符號(hào)定義如下 :當(dāng)感知用戶在授權(quán)用戶信道k上頻譜感知結(jié)果為P = j·時(shí)，感知用戶在授權(quán)用戶在信道k上采用的數(shù)據(jù)傳輸速率；Xkj :當(dāng)感知用戶在授權(quán)用戶信道k上頻譜感知結(jié)果為P =j·時(shí)，感知用戶在授權(quán)用戶信道k上采用的數(shù)據(jù)傳輸功率；Zkj :當(dāng)感知用戶在授權(quán)用戶信道k上頻譜感知結(jié)果為P = j時(shí)，授權(quán)用戶真實(shí)狀態(tài)%Ζ]，需要特別注意的是#代表一個(gè)隨機(jī)變量；gkss :授權(quán)用戶信道k上，感知用戶發(fā)送、接收機(jī)之間的信道增益'gkps :授權(quán)用戶信
道k上，授權(quán)用戶發(fā)送機(jī)與感知用戶接收機(jī)之間的信道增益；Yk :授權(quán)用戶信道k上，授權(quán)用戶采用的傳輸功率；nk :授權(quán)用戶信道k上的背景噪聲功率；感知用戶在授權(quán)用戶信道k上的平均輸出吞吐量Γ/可以被視為感知用戶數(shù)據(jù)傳輸速率和所傳輸數(shù)據(jù)通過(guò)信道并被接收機(jī)正確接收的概畢Z間的乘積。平均輸出吞吐量作為感知系統(tǒng)性能衡量標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)是把授權(quán)用戶真實(shí)狀態(tài)視為一個(gè)等效的后驗(yàn)隨機(jī)變量<，其分布取決于感知用戶的當(dāng)前感知結(jié)果與相應(yīng)的感知準(zhǔn)確度。這樣做法的優(yōu)勢(shì)是即使感知用戶不知道授權(quán)用戶信道的真實(shí)狀態(tài)，平均輸出吞吐量指標(biāo)對(duì)感知無(wú)線電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是切實(shí)可獲得的。第2點(diǎn)，具體傳輸控制方法感知用戶傳輸控制包括了傳輸速率控制與傳輸功率安排。具體介紹如下I)傳輸速率控制在每個(gè)信道k e {1，2，...，K}上，根據(jù)頻譜感知結(jié)果P=je {0,1}，決定相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸速率{r丨；2)傳輸功率安排在每個(gè)信道k e {1，2，..，K}上，根據(jù)頻譜感知結(jié)果P=Je {0,1},決定數(shù)據(jù)傳輸功率安排{ ，··.，#}。
感知用戶的目標(biāo)通過(guò)優(yōu)化傳輸速率{ ，..·，<},_與傳輸功率
，保證最大化感知用戶在所有授權(quán)用戶信道上的平均輸出吞吐量
λ_ηΣ κιΣ^ΑΓ/ ’其中< =pr丨P =A代表感知用戶在信道k上獲得感知結(jié)果為P =)
的穩(wěn)態(tài)概率。特別地，感知用戶被允許選擇冒進(jìn)式地使用授權(quán)用戶信道，即當(dāng)P = O時(shí)，感知用戶也可使用授權(quán)用戶信道k。這樣做的優(yōu)勢(shì)是可以避免感知用戶因虛警率過(guò)高而造成的頻譜資源過(guò)多浪費(fèi)、從而提高頻譜利用效率。感知無(wú)線電用戶的限制條件因?yàn)橛邢揞l譜感知準(zhǔn)確度，感知用戶不可避免地將對(duì)授權(quán)用戶造成干擾。這樣的干擾來(lái)自兩個(gè)方面1)漏檢事件的發(fā)生；2)當(dāng)感知用戶冒進(jìn)式地使用授權(quán)用戶信道。因此，感知無(wú)線電系統(tǒng)必須保證避免對(duì)授權(quán)用戶造成過(guò)大的干擾，
， Ji Jc ^ IiIc
這將通過(guò)限制條件}￡ Γ來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中《=pr{i^ = ζ· j P = 丨代表在信道k
上，給定感知用戶感知結(jié)果為P =_/的情況下，授權(quán)用戶真實(shí)狀態(tài)為Sk = i的概率。rk代
表授權(quán)用戶信道k上所能承受的干擾容限。gt表示在授權(quán)信道k上感知用戶發(fā)送機(jī)到授權(quán)用戶的信道增益。綜合上述目標(biāo)與限制條件，本發(fā)明提出的傳輸方法可以被表述為(方案Fl)
Σ Σπ)τ"= Σ Σ pW^lQg2(i + ,)]
1 k={hl,...,K} ,/=0,11=(1,2,...，K} j=0,lW 十 V Aj )I gps滿足Σ4444 ^ ΓΧ j=o,Ir) > Ο,χ^ > 0,V/,k方案Fl的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)商用優(yōu)化軟件，即采用優(yōu)化軟件求解方案Fl從而獲得感知用戶在各條信道、各頻譜感知結(jié)果下的最優(yōu)數(shù)據(jù)傳輸速率最優(yōu)傳輸功率安排丨xf)/=w。感知用戶采用此最優(yōu)傳輸速率和功率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸便可以保證其在所有授權(quán)用戶信道上的總平均輸出吞吐量最大化。第3點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)算法獲得最優(yōu)數(shù)據(jù)傳輸速率{rf，rf}i=(U及最優(yōu)傳輸功率安排(I* τ K* >
{λ: ,Xj ,...,Xj }J=0,1具體算法包括如下3步。第I步將在所有信道上總平均輸出吞吐量最大化劃分到各單獨(dú)信道上進(jìn)行求解，即分別計(jì)算感知用戶在每信道k上的最大輸出吞吐量0%及其相對(duì)應(yīng)的傳輸速率
{d=w和傳輸功率；第2步在各單獨(dú)信道上，依據(jù)感知準(zhǔn)確度枚舉所有可行的傳輸速率一功率安排的選擇。具體選擇有如下四種，分別用Pl，P2，P3和P4表示；選擇Pl = O時(shí)，感知用戶選擇不信任其信道感知結(jié)果并進(jìn)行相應(yīng)的速率與功 率控制；而^ = I時(shí)，感知用戶選擇信任其信道感知結(jié)果并相應(yīng)的進(jìn)行速率與功率控制，選擇Pi的平均輸出吞吐量記為，相應(yīng)的控制策略記為丨rf；選擇P2 :P = O時(shí)，感知用戶選擇不信任其信道感知結(jié)果并進(jìn)行相應(yīng)的速率與功率控制= I時(shí)，感知用戶選擇不信任其信道感知結(jié)果并進(jìn)行相應(yīng)的速率與功率控制；選擇P2的平均輸出吞吐量記為Ff，相應(yīng)的控制策略記為丨rf，xf^P2 ；選擇P3 P = O時(shí)，感知用戶選擇信任其信道感知結(jié)果并進(jìn)行相應(yīng)的速率與功率控制= I時(shí)，感知用戶選擇信任其信道感知結(jié)果并進(jìn)行相應(yīng)的速率與功率控制；選擇P3的平均輸出吞吐量記為F=，相應(yīng)的控制策略記為丨rf ,xf,xf ；選擇P4 p = 0時(shí)，感知用戶選擇信任其信道感知結(jié)果并進(jìn)行相應(yīng)的速率與功率控制；p = I時(shí)，感知用戶選擇不信任其信道感知結(jié)果并進(jìn)行相應(yīng)的速率與功率控制；選擇Ρ4的平均輸出吞吐量記為Γ=，相應(yīng)的控制策略記為{Of O1^p41根據(jù)選擇Pl，P2，P3和P4的結(jié)果，信道k上的最大輸出吞吐量為Vk* = nmx{VpkiVvk,νζ,νζ)，而相應(yīng)的傳輸速率控制與傳輸功率安排為
Yk* rk* k*^ _ c k* k* k* k*x 其中= arg max {Fp:}；
1Γ0，Λ0，Γ1，七 I - VO，Λ0，Γ1 ,Λ1 /pfc ’^=1.2,3,4第3步針對(duì)各具體選擇(即選擇Pm，m=l, 2, 3,4)所對(duì)應(yīng)的優(yōu)化問(wèn)題，利用該問(wèn)題特有的幾何特征來(lái)枚舉出最優(yōu)解所有的可能位置，它們包括可能性Cl :相應(yīng)的平均輸出吞吐量和控制策略記為和
§rk^γΑ I ·
O,Pm 5 A0,Pm = fl,Pm 5 Λ1,Ρηι i，可能性C2 :相應(yīng)的平均輸出吞吐量和控制策略記為和
§rk^c2 Yfc^c2 rk,el rk^c2\ ·
0,Pm5/1Pm,可能性C3 :相應(yīng)的平均輸出吞吐量和控制策略記為和
(rk-c2 rk-c2 rk，c2 Yk^2 \ ·
If0,Pm 5 Λ0,Pm ^liPm 5Al,Pmi，對(duì)任意選擇Pm，m=l, 2，3，4，通過(guò)枚舉Cl，C2和C3，信道k上所對(duì)應(yīng)的輸出吞吐量可被表述為< =HiaxiF//,i^f，F(xiàn)Pte3丨，相對(duì)應(yīng)的傳輸速率控制和傳輸功率安排(rk* Yk* rk* Yk*\ _ (rk,cn k/n k,cn k/ηΛ 其中《 = maX}。
Vo ,Λ0，fl，Λ1 /Pm — VO1Pm^ jtO1Pm^l1Pm 5ALPni/ Jn=L2,3 本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為包括如下兩點(diǎn)i)一個(gè)新的感知無(wú)線電系統(tǒng)傳輸控制方法。該方法根據(jù)感知用戶的頻譜感知結(jié)果和頻譜感知準(zhǔn)確度來(lái)調(diào)整感知用戶的數(shù)據(jù)傳輸速率與傳輸功率安排，該方法的目標(biāo)是最大化感知用戶在所有信道上的總平均輸出吞吐量；ii) 一個(gè)快速算法實(shí)現(xiàn)所提出的優(yōu)化控制方法。該算法，a)利用感知用戶頻譜感知準(zhǔn)確度信息枚舉所有4種可能的傳輸速率一傳輸功率安排選擇(包括選擇Pl，P2，P3，P4)；b)對(duì)于各速率一功率選擇，利用其所對(duì)應(yīng)優(yōu)化問(wèn)題的幾何特性枚舉所有3種可能的最優(yōu)解
位置(包括可能Cl，C2，C3);通過(guò)各種選擇和最優(yōu)解可能位置間的有限次比較，迅速地計(jì)算出感知用戶最大平均輸出吞吐量及相應(yīng)的最優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸速率與傳輸功率安排。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在i)實(shí)用性強(qiáng)針對(duì)頻譜感知誤差，所提出的平均輸出吞吐量性能指標(biāo)不要求感知用戶知道授權(quán)用戶的真實(shí)狀態(tài)，感知無(wú)線電系統(tǒng)用戶只需根據(jù)其感知結(jié)果和頻譜感知準(zhǔn)確度信息，采用所設(shè)計(jì)的最優(yōu)傳輸速率與功率安排方法就可切實(shí)獲得最大平均輸出吞吐量。ii)頻譜利用效率高本發(fā)明所提出的方法允許感知用戶根據(jù)感知結(jié)果和頻譜感知準(zhǔn)確度冒進(jìn)式地使用授權(quán)用戶信道。如前所述，這樣做的優(yōu)勢(shì)是避免當(dāng)感知系統(tǒng)頻譜檢測(cè)虛驚率較高時(shí)浪費(fèi)過(guò)多的實(shí)際可用的頻譜空隙資源。iii)有效、快速的實(shí)現(xiàn)算法本發(fā)明所提出的算法利用感知準(zhǔn)確度信息以及傳輸速率一傳輸功率間的關(guān)系，將各信道上輸出吞吐量最大化問(wèn)題劃分為四個(gè)不同的選擇(P1、P2、P3、P4);對(duì)于每個(gè)選擇，通過(guò)利用該選擇所對(duì)應(yīng)優(yōu)化問(wèn)題的特有幾何特性，枚舉三種可能的最優(yōu)解位置(C1、C2、C3)，從而直接給出輸出吞吐量及相應(yīng)的傳輸速率與功率控制的解析表達(dá)式。然后，通過(guò)各種選擇、各可能間有限次比較從而獲得最大輸出吞吐量及相對(duì)應(yīng)的最優(yōu)傳輸速率與功率控制。因此，本算法執(zhí)行速度快、復(fù)雜度低、避免依賴于商用優(yōu)化軟件。


圖I是系統(tǒng)模型的示意圖(以授權(quán)用戶信道k為例)。圖2是主算法流程圖。圖3是子算法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。參照?qǐng)DI 圖3，一種基于平均輸出吞吐量的感知無(wú)線電系統(tǒng)優(yōu)化傳輸控制方法，本發(fā)明基于一個(gè)通用感知無(wú)線電系統(tǒng)(如圖I所示)。授權(quán)用戶系統(tǒng)擁有一組K={1，2，...，K}(共K條)信道，并且采用時(shí)間槽模型運(yùn)作。感知用戶與授權(quán)用戶系統(tǒng)的時(shí)間槽模型保持同步。在每個(gè)時(shí)隙開(kāi)始的時(shí)候，感知用戶通過(guò)頻譜感知探測(cè)授權(quán)用戶各信道狀態(tài)即授權(quán)用戶正在占用信道(信道繁忙)或是授權(quán)用戶沒(méi)有使用信道(信道空閑)。令Sk=0 (Sk= I)代表授權(quán)用戶信道k處于繁忙(空閑)狀態(tài)。在實(shí)際情況下，感知用戶的頻譜感知存在誤差。令P =G (P=I)代表感知用戶感知結(jié)果為授權(quán)用戶信道k處于繁忙(空閑)。明顯地，在存在感知誤差的情況下，有可能發(fā)生。感知用戶的操作是根據(jù)其頻譜感知結(jié)果，決定如何優(yōu)化使用授權(quán)用戶信道、同時(shí)避免對(duì)授權(quán)用戶系統(tǒng)造成嚴(yán)重干擾。本發(fā)明提出平均輸出吞吐量指標(biāo)作為感知用戶優(yōu)化目標(biāo)，具體如下。當(dāng)感知用戶
在授權(quán)用戶信道k上頻譜感知結(jié)果為P= ο，ι)時(shí)，感知用戶的平均輸出吞吐量r/
為rf = rf Pri rf < Iog2(I + —k-~Γ Γ) >
1 } Iink+(I-Zkj)YkSkps^其中，具體符號(hào)定義如下 :當(dāng)感知用戶在授權(quán)用戶信道k上頻譜感知結(jié)果力& = j·時(shí)，感知用戶在授權(quán)用戶在信道k上采用的數(shù)據(jù)傳輸速率；Xkj :當(dāng)感知用戶在授權(quán)用戶信道k上頻譜感知結(jié)果力P = j時(shí)，感知用戶在授權(quán)用戶信道k上采用的數(shù)據(jù)傳輸功率；Zkj :當(dāng)感知用戶在授權(quán)用戶信道k上頻譜感知結(jié)果為P = J·時(shí)，授權(quán)用戶真實(shí)狀態(tài)力< 需要特別注意的是<是一個(gè)隨機(jī)變量；< :授權(quán)用戶信道k上，感知用戶發(fā)送、接收機(jī)之間的信道增益；gkps :授權(quán)用戶信道k上，授權(quán)用戶發(fā)送機(jī)與感知用戶接收機(jī)之間的信道增益；Yk :授權(quán)用戶信道k上，授權(quán)用戶采用的傳輸功率；nk :授權(quán)用戶信道k上的背景噪聲功率；感知用戶在授權(quán)用戶信道k上感知結(jié)果為P = /，(./ =〔)，I)時(shí)的平均輸出吞吐量
是感知用戶的數(shù)據(jù)傳輸速率與所發(fā)送數(shù)據(jù)通過(guò)信道并被接收機(jī)正確接收的概率之間的乘積。感知無(wú)電線系統(tǒng)傳輸控制方法本發(fā)明的傳輸控制方法包括傳輸速率控制與傳輸功率控制兩個(gè)部分。(i)傳輸速率控制在每個(gè)信道k e {I, 2,..., K}上，根據(jù)頻譜感知結(jié)果P=j'e {0,1}，決定相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸速率···，<}；(ii)傳輸功率控制在每個(gè)信道k e {1，2，...，K}上，根據(jù)頻譜感知結(jié)果P=je {0,1}，決定數(shù)據(jù)傳輸功率{χ .,χ,···，#}。感知無(wú)線電系統(tǒng)的目標(biāo)通過(guò)優(yōu)化傳輸速率{ ,...，<}J=0J與傳輸功率{xK，...，xf}/=w，保證最大化感知用戶在所有授權(quán)用戶信道上總平均輸出吞吐量
λ_Σκ>’其中^=Pr{p=j 丨代表感知用戶在信道k上獲得感知結(jié)果力ρ=#
穩(wěn)態(tài)概率。感知無(wú)線電用戶的限制條件因?yàn)榇嬖诟兄`差，感知用戶不可避免地將對(duì)授權(quán)用戶造成干擾。這種干擾來(lái)自兩個(gè)方面(i)漏檢事件的發(fā)生；(ii)當(dāng)感知用戶冒進(jìn)式地使用授權(quán)用戶信道。因此，感知無(wú)線電系統(tǒng)必須保證避免對(duì)授權(quán)用戶造成過(guò)大的干擾，這將通過(guò)限制條件1^ / - P來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中《=Pr// = /1P =乃代表在信道k上，
給定感知用戶感知結(jié)果為P = y的情況下，授權(quán)用戶真實(shí)狀態(tài)為Sk = i的概率。rk代表授
權(quán)用戶信道k上所能承受的干擾容限。gt代表在授權(quán)用戶信道k上感知用戶發(fā)送機(jī)到授權(quán)用戶間的信道增益。上綜合上述目標(biāo)與限制條件，本發(fā)明提出的感知無(wú)線電系統(tǒng)傳輸控制方法可以被表述為(方案Fl):
權(quán)利要求
1.一種基于平均輸出吞吐量的感知無(wú)線電系統(tǒng)優(yōu)化傳輸控制方法，所述感知系統(tǒng)中，授權(quán)用戶系統(tǒng)擁有一組κ={1，2，...,K}信道，并且采用時(shí)間槽模型運(yùn)作；感知用戶與授權(quán)用戶系統(tǒng)的時(shí)間槽模型保持同步；在每個(gè)時(shí)隙開(kāi)始的時(shí)候，感知用戶通過(guò)頻譜感知探測(cè)授權(quán)用戶各信道狀態(tài)即授權(quán)用戶處于信道繁忙狀態(tài)或是信道空閑狀態(tài)，令Sk=O代表授權(quán)用戶信道k處于繁忙狀態(tài)，令Sk=I代表授權(quán)用戶信道k處于空閑狀態(tài)；令0 = O代表感知用戶感知結(jié)果為授權(quán)用戶信道k處于繁忙；令0 =1代表感知用戶感知結(jié)果為授權(quán)用戶信道k處于空閑；其特征在于所述控制方法包括以下步驟 i)各信道平均輸出吞吐量獨(dú)立求解將所有授權(quán)用戶信道上的總平均輸出吞吐量?jī)?yōu)化問(wèn)題劃分到各單獨(dú)授權(quán)信道上進(jìn)行、即分別計(jì)算各個(gè)授權(quán)用戶信道k上的最優(yōu)輸出吞吐量Vk*,及其相對(duì)應(yīng)的傳輸速率控制^=()>1與傳輸功率安排{xf ； ii)枚舉所有傳輸速率一功率選擇在各授權(quán)用戶信道上，依據(jù)感知用戶的感知準(zhǔn)確度枚舉所有4種可能的傳輸速率一傳輸功率選擇，四種選擇分別用P1，P2，P3和P4表示，具體如下 選擇Pl = O時(shí)，感知用戶選擇不信任其信道感知結(jié)果，并進(jìn)行相應(yīng)的傳輸速率與功率控制；而？ =1時(shí)，感知用戶選擇信任其信道感知結(jié)果，并進(jìn)行相應(yīng)的傳輸速率與功率控制，選擇Pl的平均輸出吞吐量記為FPt，相應(yīng)的控制策略記為丨rf ,xf ,rf ,xf )Ρ1; 選擇Ρ2 = G時(shí)，感知用戶選擇不信任其信道感知結(jié)果，并進(jìn)行相應(yīng)的傳輸速率與功率控制= I時(shí)，感知用戶選擇不信任其信道感知結(jié)果，并進(jìn)行相應(yīng)的速率與功率控制；選擇Ρ2的平均輸出吞吐量記為，相應(yīng)的控制策略記為,Of>P2 ； 選擇P3 = O時(shí)，感知用戶選擇信任其信道感知結(jié)果，并進(jìn)行相應(yīng)的傳輸速率與功率控制= I時(shí)，感知用戶選擇信任其信道感知結(jié)果，并進(jìn)行相應(yīng)的傳輸速率與功率控制；選擇P3的平均輸出吞吐量記為，相應(yīng)的控制策略記為{/f,U ； 選擇P4 =P =0時(shí)，感知用戶選擇信任其信道感知結(jié)果，并進(jìn)行相應(yīng)的速率與功率控制s < = 時(shí)，感知用戶選擇不信任其信道感知結(jié)果，并進(jìn)行相應(yīng)的傳輸速率與功率控制；選擇Ρ4的平均輸出吞吐量記為g，相應(yīng)的控制策略記為丨rf,xf}Ρ4 ； 根據(jù)選擇Pl，Ρ2，Ρ3和Ρ4的結(jié)果，授權(quán)用戶信道k上的最優(yōu)輸出吞吐量為Fk* = max{V^,V^,Vpk；,Vpk4*}，而相應(yīng)的授權(quán)用戶信道k上的控制策略為frk* xk* J* xk*\ - frk* rk* rk* xk*\ 其中ft = argmax{FpAm};Vo ，,1 5*^1 I — Uo，,1 5Λ1 fpm ^=1,23,4 iii)針對(duì)任意選擇，枚舉對(duì)應(yīng)最優(yōu)解的可能位置針對(duì)每種選擇所對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化問(wèn)題，利用該問(wèn)題特有的幾何特征枚舉出該問(wèn)題最優(yōu)解的所有3種可能位置，它們分別是 可能性Cl :相應(yīng)的平均輸出吞吐量和控制策略記為F=1和； 可能性C2 :相應(yīng)的平均輸出吞吐量和控制策略記為Ft2和; 可能性C3 :相應(yīng)的平均輸出吞吐量和控制策略記為1^5和{<12，"4￡1, ^￡，4￡}對(duì)任意選擇Pm，m=l，2，3，4，授權(quán)用戶信道k上所對(duì)應(yīng)的輸出吞吐量G = maxiFpAmKnf，F(xiàn)f3}，而相對(duì)應(yīng)的控制策略
2.如權(quán)利要求I所述的基于平均輸出吞吐量的感知無(wú)線電系統(tǒng)傳輸控制方法，其特征在于 選擇Pl的平均輸出吞吐量記為其計(jì)算過(guò)程為 步驟I. I):用公式(PlCl-X)和公式(PlCl-R)計(jì)算用公式
全文摘要
一種基于平均輸出吞吐量的感知無(wú)線電系統(tǒng)傳輸控制方法，包括以下步驟i)將總平均輸出吞吐量最優(yōu)化問(wèn)題劃分到各授權(quán)用戶信道上進(jìn)行求解；ii)在給定信道上，利用感知用戶頻譜感知準(zhǔn)確度信息，枚舉所有4種傳輸速率—功率選擇，通過(guò)4種選擇間相互比較獲得在該信道上最優(yōu)平均輸出吞吐量和相應(yīng)傳輸策略；iii)針對(duì)4種速率—功率選擇中任意一種所對(duì)應(yīng)的優(yōu)化問(wèn)題，利用該問(wèn)題幾何特征枚舉最優(yōu)解的所有3種可能位置，并通過(guò)比較獲得對(duì)應(yīng)于該種選擇的平均輸出吞吐量和相應(yīng)的控制策略。本發(fā)明采用切實(shí)可獲得的平均輸出吞吐量作為優(yōu)化目標(biāo)、提高了頻譜利用效率、同時(shí)具有較低計(jì)算復(fù)雜度。
文檔編號(hào)H04W16/14GK102724676SQ20121020174
公開(kāi)日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者華驚宇, 吳遠(yuǎn), 孟利民, 彭宏, 徐志江, 朱瓊?cè)A, 錢(qián)麗萍 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)