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基于效用優(yōu)化的認知協(xié)作網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合資源分配方法與流程

文檔序號:11200492閱讀:378來源:國知局
基于效用優(yōu)化的認知協(xié)作網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合資源分配方法與流程
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域,特別是認知協(xié)作網(wǎng)絡(luò)資源分配技術(shù)。

背景技術(shù):
隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展,無線設(shè)備迅速普及,無線網(wǎng)絡(luò)在國家經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用,并且已滲透到社會的各個領(lǐng)域中。無線技術(shù)的飛速發(fā)展使得無線網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出高速化、寬帶化、異構(gòu)化等特點,同時也帶來了一系列嚴峻的挑戰(zhàn),其中最為緊迫的即是用戶對頻譜資源需求的不斷增長,導致現(xiàn)有靜態(tài)分配的認證頻帶已無法滿足用戶通信需求。但另一方面,部分已分配認證頻帶在一些時間或者地區(qū)并沒有得到充分使用,導致頻譜利用率低下。為有效提高頻譜資源利用率,緩解頻譜資源匱乏問題,采用動態(tài)頻譜接入機制的認知無線電技術(shù)近年來受到廣泛關(guān)注。認知無線電系統(tǒng)采用基于軟件無線電技術(shù)的認知無線電終端,能夠動態(tài)感知可用頻譜,分辨當前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài),根據(jù)這些狀態(tài)進行規(guī)劃、決策和響應,在不影響授權(quán)用戶(主用戶)正常通信情況下動態(tài)、智能接入頻譜進行數(shù)據(jù)傳輸,從而可有效實現(xiàn)頻譜資源共享,提高頻譜利用率,緩解頻譜資源稀缺的問題。中繼協(xié)作通信技術(shù)通過用戶之間的協(xié)同傳輸,可有效提高網(wǎng)絡(luò)容量和數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量,并降低終端傳輸功率。認知網(wǎng)絡(luò)中采用協(xié)作通信技術(shù)能夠使網(wǎng)絡(luò)中各用戶在共享頻譜資源的情況下,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能增強及頻譜利用率的提高。認知協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中如何結(jié)合用戶鏈路特性及業(yè)務(wù)需求,實現(xiàn)優(yōu)化子信道、功率分配及中繼節(jié)點選擇是亟待解決的問題。目前已有認知無線電系統(tǒng)中的資源分配方法設(shè)計,如文獻[馮志勇,張平,何春,基于中繼協(xié)作傳輸?shù)恼J知無線電系統(tǒng)及其資源分配方法,公開號CN101895991B,公開日2013年11月6日]提出一種基于中繼協(xié)作傳輸?shù)恼J知協(xié)作系統(tǒng)優(yōu)化頻譜、傳輸速率分配及中繼、路徑選擇機制,以實現(xiàn)系統(tǒng)有效吞吐量最大化及用戶QoS保障。文獻[LiyingLi,XiangweiZhou,HongbingXu,SimplifiedRelaySelectionandPowerAllocationinCooperativeCognitiveRadioSystems,IEEETransactionsonWirelessCommunications,Vol.10,No.1,Jan2011]中提出一種聯(lián)合中繼選擇和功率分配的方法,在不干擾主用戶正常通信的條件下,優(yōu)化中繼選擇和功率分配以實現(xiàn)從用戶系統(tǒng)吞吐量最大化?,F(xiàn)有研究主要以系統(tǒng)吞吐量最大化為優(yōu)化目標,未考慮用戶能耗,可能導致用戶能效較低,對于大量用戶,特別是使用能量敏感終端的用戶,業(yè)務(wù)體驗將受到嚴重影響;另外,現(xiàn)有研究較為孤立地考慮認知網(wǎng)絡(luò)中的中繼選擇、子信道分配或功率分配問題,未綜合考慮多因素的聯(lián)合優(yōu)化,無法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)整體性能優(yōu)化。

技術(shù)實現(xiàn)要素:
針對現(xiàn)有認知無線網(wǎng)絡(luò)中頻譜、功率分配存在的技術(shù)難題,本發(fā)明提出一種基于效用優(yōu)化的認知協(xié)作網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合資源分配方法。認知無線電網(wǎng)絡(luò)中主、從用戶共享頻譜資源進行信息傳輸,各主用戶占用相應授權(quán)頻帶進行通信,各從用戶對在不干擾主用戶通信的情況下,采用直傳或者中繼協(xié)作方式進行通信。網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度器(NRM)接收各從用戶業(yè)務(wù)請求,建模從用戶聯(lián)合效用函數(shù),基于效用最大化準則,實現(xiàn)各從用戶子信道、發(fā)送功率、協(xié)作中繼節(jié)點的聯(lián)合優(yōu)化分配。本發(fā)明有效實現(xiàn)認知網(wǎng)絡(luò)中頻譜資源共享,提高整個網(wǎng)絡(luò)的效用。具體技術(shù)方案如下:一種基于效用優(yōu)化的認知協(xié)作網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合資源分配方法,在有多個主用戶及從用戶對的認知協(xié)作網(wǎng)絡(luò)中,從用戶對以直傳或中繼協(xié)作方式進行通信,網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度器NRM接收各從用戶發(fā)送的業(yè)務(wù)請求消息,根據(jù)從用戶傳輸模式、協(xié)作中繼節(jié)點選擇、子信道及功率分配,建立從用戶變量矩陣X,根據(jù)從用戶吞吐量確定從用戶聯(lián)合收益函數(shù)R(X),根據(jù)節(jié)點選擇直傳通信模式時消耗的功率、節(jié)點采用中繼協(xié)作通信模式的發(fā)送功率確定聯(lián)合成本函數(shù)P;建立從用戶聯(lián)合效用函數(shù)U(X)=R(X)-λP;基于效用最大化準則求解聯(lián)合效用函數(shù)最大...
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