認(rèn)知無線電系統(tǒng)中基于信道分配的鏈路速率最大化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及認(rèn)知無線電相關(guān)技術(shù)，特別是認(rèn)知無線電系統(tǒng)中基于信道分配的鏈路 速率最大化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線通信業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展使可用頻譜資源越來越緊張，認(rèn)知無線電技術(shù)通過靈活 的利用無線資源，可W大幅提高頻譜資源的利用率，在一定程度上緩解了頻譜資源緊缺的 現(xiàn)狀。對于信道分配技術(shù)的研究是認(rèn)知無線電關(guān)鍵技術(shù)研究的一個重要方面，在很大程度 上決定了認(rèn)知無線電系統(tǒng)性能指標(biāo)的好壞。通過設(shè)置不同的認(rèn)知無線電系統(tǒng)的信道分配策 略，可W使認(rèn)知無線電系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境的變化和實際的目標(biāo)要求，自適應(yīng)地調(diào)整信道的分配， 滿足不同的通信需求。不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)W及不同的應(yīng)用需求對應(yīng)認(rèn)知無線電系統(tǒng)中的不同 的信道分配方法。傳統(tǒng)意義上的信道分配方案自適應(yīng)程度低，信道分配過程不夠靈活，頻譜 資源不能得到充分利用，已經(jīng)不能滿足認(rèn)知無線電智能化的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于避免上述【背景技術(shù)】中的不足之處而提供一種較為智能化的信 道分配方案。該方案中所述的信道分配方法能夠適應(yīng)認(rèn)知無線電系統(tǒng)的智能化需求，同時 也可W為其它自適應(yīng)通信系統(tǒng)提供參考方案。本發(fā)明旨在實現(xiàn)一定需求下的鏈路速率最大 化，有兩種應(yīng)用模式：一種是W瓶頸鏈路速率最大化為目標(biāo)，確立的信道分配方案；另一種 是W指定鏈路速率最大化為目標(biāo)，確立的信道分配方案。本發(fā)明通過制定對應(yīng)的算法策略， 根據(jù)節(jié)點間的距離、各節(jié)點的可用頻譜狀況等因素，確定信道的分配方案，最終達(dá)到鏈路速 率最大化的目標(biāo)，為認(rèn)知無線電系統(tǒng)的信道分配方案提供了一種較為有效的實現(xiàn)途徑。
[0004] 本發(fā)明的目的是運(yùn)樣實現(xiàn)的： 陽〇化]認(rèn)知無線電系統(tǒng)中基于信道分配的鏈路速率最大化方法，包括W下步驟：
[0006] (1)通過認(rèn)知無線電系統(tǒng)中各節(jié)點的頻譜感知功能感知到其可用頻譜，并獲得 各節(jié)點的位置信息；所述的認(rèn)知無線電系統(tǒng)包含分布的多臺認(rèn)知設(shè)備，將認(rèn)知設(shè)備作為節(jié) 占. '?、、，
[0007] (2)根據(jù)各節(jié)點的位置信息得到鄰接矩陣后，根據(jù)鄰接矩陣確定傳輸鏈路；
[0008] (3)根據(jù)傳輸鏈路上各節(jié)點的可用頻譜和位置信息得到信道速率矩陣；
[0009] (4)對信道速率矩陣應(yīng)用二部賦權(quán)匹配算法形成信道分配矩陣后，根據(jù)信道分配 矩陣對傳輸鏈路進(jìn)行信道分配；
[0010] (5)根據(jù)信道分配矩陣和信道速率矩陣計算得出傳輸鏈路的最大鏈路速率。
[0011] 其中，所述的傳輸鏈路包括瓶頸鏈路和指定鏈路。
[0012] 其中，步驟（2)中所述的根據(jù)鄰接矩陣確定瓶頸鏈路，具體步驟包括：
[0013] (101)確定一個發(fā)起節(jié)點，根據(jù)所有節(jié)點組成的鄰接矩陣W及距離闊值，按照到發(fā) 起節(jié)點距離最短的原則，生成樹狀網(wǎng)；
[0014] (102)找出從發(fā)起節(jié)點出發(fā)的鏈路長度最長的鏈路集合；
[0015] (103)從鏈路集合中選出設(shè)及節(jié)點數(shù)量最多的支鏈鏈路，并將其定為瓶頸鏈路。
[0016] 其中，步驟（2)中所述的根據(jù)鄰接矩陣確定指定鏈路，具體步驟包括：
[0017] (201)確定發(fā)起節(jié)點和結(jié)束節(jié)點，根據(jù)所有節(jié)點組成的鄰接矩陣W及距離闊值，找 出從發(fā)起節(jié)點到結(jié)束節(jié)點的所有鏈路；
[001引（202)W所有鏈路中節(jié)點間的最大距離為依據(jù)，對所有鏈路進(jìn)行排序，找出最大距 離最短的鏈路，并將該鏈路作為指定鏈路。
[0019] 其中，所述的步驟（3)中根據(jù)傳輸鏈路上各節(jié)點的可用頻譜和位置信息得到信道 速率矩陣，具體步驟為：
[0020] (301)根據(jù)自由空間損耗公式計算傳輸鏈路中的傳輸損耗；
[0021] (302)根據(jù)傳輸損耗計算得到損耗倍數(shù)，根據(jù)熱噪聲公式計算得到對應(yīng)帶寬上的 熱噪聲；
[0022] (303)根據(jù)天線發(fā)射功率與損耗倍數(shù)計算得到接收功率后，根據(jù)接收功率、熱噪 聲、香農(nóng)公式W及可變系數(shù)計算得出節(jié)點間的信道速率；
[0023] (304)將信道速率填入矩陣的對應(yīng)位置得到信道速率矩陣。
[0024] 其中，步驟（304)中所述的矩陣具體為：將傳輸鏈路的各跳鏈路作為第一集合，將 每跳鏈路的可用信道作為第二集合，所述的第一集合與第二集合構(gòu)成二部圖，將二部圖抽 象為X行Y列的矩陣；其中，X為第一集合的節(jié)點數(shù)，Y為第二集合的信道數(shù)。
[00巧]其中，步驟（4)中所述的二部賦權(quán)匹配算法包括KM算法和匈牙利算法。
[00%] 其中，步驟（4)中所述的對信道速率矩陣應(yīng)用匈牙利算法形成信道分配矩陣，具 體步驟為：
[0027] (401)將信道速率矩陣中的各信道速率取倒數(shù)得到新的信道速率矩陣；
[002引 （402)在新的信道速率矩陣中添加0矩陣得到行數(shù)與列數(shù)相同的添0矩陣；
[0029](403)對添0矩陣應(yīng)用匈牙利算法得到信道分配矩陣。
[0030] 其中，步驟（4)中所述的對信道速率矩陣應(yīng)用KM算法形成信道分配矩陣，具體步 驟為：
[0031] (501)在信道速率矩陣中添加0矩陣得到行數(shù)與列數(shù)相同的添0矩陣； 陽03引（502)對添0矩陣應(yīng)用KM算法得到信道分配矩陣。
[0033] 其中，步驟巧）中根據(jù)信道分配矩陣和信道速率矩陣得出傳輸鏈路的最大鏈路速 率，具體為：將信道分配矩陣中矩陣元素為"1"的位置所對應(yīng)的信道速率矩陣上的數(shù)值進(jìn) 行求和運(yùn)算，得到傳輸鏈路的最大鏈路速率。
[0034] 本發(fā)明相比【背景技術(shù)】具有如下優(yōu)點：
[00對 1.運(yùn)算時間較短，適合認(rèn)知無線電系統(tǒng)的時變性環(huán)境。
[0036] 2.計算準(zhǔn)確性高，其運(yùn)用的數(shù)學(xué)理論成熟可靠，使最終的分配方案優(yōu)化程度較高。
[0037] 3.適應(yīng)程度較強(qiáng)，易于在認(rèn)知無線電系統(tǒng)中實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0038] 圖1是本發(fā)明中最大化瓶頸鏈路速率目標(biāo)下的流程圖。
[0039] 圖2是本發(fā)明中瓶頸鏈路的選取流程圖。
[0040] 圖3是本發(fā)明中最大化指定鏈路速率目標(biāo)下的流程圖。
[0041] 圖4是本發(fā)明中指定鏈路的選取流程圖。
[0042] 圖5是本發(fā)明實現(xiàn)鏈路速率最大化流程圖。
【具體實施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0044] 本發(fā)明可W對各節(jié)點位置信息進(jìn)行歸納，形成鄰接矩陣，該矩陣包含了各節(jié)點間 的相對距離，反應(yīng)節(jié)點間的連通關(guān)系；W鄰接矩陣為依據(jù)，分別確定兩條鏈路一一瓶頸鏈路 與指定鏈路，并確定鏈路上的節(jié)點；根據(jù)選出的鏈路上的節(jié)點W及可用頻譜，按照速率公式 進(jìn)行計算，得出二維速率矩陣；對速率矩陣應(yīng)用匈牙利算法和KM算法，得出信道分配矩陣， 按照信道分配矩陣的分配方案，計算出對應(yīng)鏈路的最大速率。
[0045] 瓶頸鏈路是指樹狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，鏈路長度最長、所設(shè)及的節(jié)點數(shù)量最多的支鏈為主 鏈。該主鏈對于整個樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來說極其重要，影響整個系統(tǒng)的速率。最大化瓶頸鏈路 速率，就是使該鏈路上的總速率最大化。運(yùn)對于整個認(rèn)知系統(tǒng)的性能具有較大的影響。
[0046] 如圖1所示，最大化瓶頸鏈路速率實現(xiàn)的基本思路是先采用拓?fù)渖伤惴ㄉ蓸?狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，再采用相應(yīng)的鏈路捜索算法找到符合W上兩個條件的主鏈，在既得主鏈上采 用匈牙利算法或KM算法進(jìn)行合理的信道分配實現(xiàn)速率最大化。此處首先按照到一級節(jié)點 距離最短的原則生成樹狀網(wǎng)，在其基礎(chǔ)上，確定最長鏈路集合后，再找出最大化瓶頸鏈路。 找出最大瓶頸鏈路后，就可W依照通過KM算法或匈牙利算法得出的矩陣，算出瓶頸鏈路速 率。
[0047] KM算法與匈牙利算法是數(shù)學(xué)圖論中計算二部圖的典型算法，均要求處理矩陣為方 陣，二者的區(qū)別在于：KM算法一般用來求取權(quán)值最大的帶權(quán)二部圖的最優(yōu)匹配；而匈牙利 算法一般用來求取權(quán)值最小的帶權(quán)二部圖的最優(yōu)匹配。
[0048] 指定鏈路是指，發(fā)起節(jié)點和終止節(jié)點被事先指定的鏈路。尋找滿足距離闊值條件 的指定鏈路是指根據(jù)所給的發(fā)起節(jié)點和終止節(jié)點尋找到一條通路，運(yùn)條通路中的每一段鏈 路都必須滿足給定的距離闊值條件，運(yùn)樣整個通路必然也滿足距離闊值條件。
[0049] 如圖3所示，在尋找指定鏈路時，首先，要根據(jù)闊值條件構(gòu)造出滿足闊值條件的鄰 接矩陣，所謂的鄰接矩陣是指表征各個節(jié)點間的鄰接關(guān)系的矩陣。然后，根據(jù)運(yùn)個鄰接矩陣 從指定發(fā)起節(jié)點開始逐層尋找連通節(jié)點，直到尋找到指定鏈路的終止節(jié)點，從而最后得到 了從指定發(fā)起節(jié)點到指定終止節(jié)點之間的鏈路，也就是尋找到了指定鏈路。根據(jù)指定鏈路 節(jié)點對應(yīng)的信道分配矩陣，即可計算出最大化指定鏈路速率。
[0050] 如圖5所示，認(rèn)知無線電系統(tǒng)中基于信道分配的鏈路速率最大化方法，包括W下 步驟：
[0051] (1)通過認(rèn)知無線電系統(tǒng)中各節(jié)點的頻譜感知功能感知到其可用頻譜，并獲得各 節(jié)點的位置信息；所述的認(rèn)知無線電系統(tǒng)包含多個分布在一定范圍的多臺認(rèn)知設(shè)備，將認(rèn) 知設(shè)備作為節(jié)點；
[0052] (2)根據(jù)各節(jié)點的位置信息得到鄰接矩陣后，根據(jù)鄰接矩陣確定傳輸鏈路；傳輸 鏈路包括瓶頸鏈路和指定鏈路；
[0053] 如圖2所示，根據(jù)鄰接矩陣確定瓶頸鏈路，具體步驟包括：
[0054] (101)確定一個發(fā)起節(jié)點，根據(jù)所有節(jié)點組成的鄰接矩陣W及距離闊值