专利名称：一种基于反馈控制信息的认知无线电网络频谱共享方法
技术领域：
本发明涉及的是认知无线电网络频谱共享技术领域。
背景技术：
认知无线电技术作为一种解决现有频谱资源紧缺，提高频谱利用率的技术成为近年来通信领域的研究热点。认知无线电的概念最初由J.Mitola于1999年提出，突出学习与推理能力及人工智能技术在认知无线电系统的应用，使无线终端能够感知无线环境的变化，并通过学习自适应地调整自身的通信参数以适应无线环境的变化。由于认知无线电系统灵活的调整能力，被引入到空闲授权频谱资源的“二次利用”问题中，允许认知用户在不影响授权用户通信质量的条件下接入空闲频谱资源，满足认知用户的通信需求并为授权用户带来一定经济收益。认知无线电网络的频谱共享方式主要可分为机会式频谱共享与覆盖式频谱共享。在机会式频谱共享方式中，认知用户通过授权频谱资源的感知寻找空闲的频谱资源，利用处于空闲状态的授权频谱资源完成自身通信目标。在覆盖式的频谱共享方式中，认知用户与授权用户占用相同的频谱资源，认知用户需要控制其传输功率，以避免对授权用户造成有害干扰。覆盖式的频谱共享方式由于其对授权用户通信质量的有效保护被广泛讨论，但现有的频谱共享模型多集中于授权用户状态的检测及认知用户的功率分配问题上。由于缺少认知用户与授权用户间信息的交互及无线通信环境中的噪声影响，认知用户的信息传输易影响授权用户的通信质量。因此，基于反馈控制信息的认知无线电网络的频谱共享可以更好地确保授权用户的通信质量。反馈控制信息的应用也体现在现阶段广泛采用的通信系统中，如CDMA的反馈功率控制，WiFi中的ACK/NCK反馈等。反馈控制信息作为有效衡量认知用户信息传输对授权用户通信质量影响的重要标志在认知无线电网络频谱共享中应用具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供能够更好地保证授权用户的通信质量的一种基于反馈控制信息的认知无线电网络频谱共享方法。本发明的目的是这样实现的本发明一种基于反馈控制信息的认知无线电网络频谱共享方法，其特征是(1)初始化认知无线电网络中的通信传输参数，根据授权用户的中断概率限制近似等效得到不同认知用户的中断概率约束条件，并初始化各认知用户发射功率为授权用户接收机处环境噪声水平设授权用户发射机的传输功率为Ptl，授权用户接收机处的噪声功率为Ntl，授权用户可承受的最小信干比为Vth，授权用户可承受的中断概率n，在无认知用户共享授权频谱资源时，授权用户的初始中断概率n0，认知用户的最大传输功率为Pmax，当授权用户接收机信干比小于可承受信干比η时授权用户通信可能发生中断，设参与频谱共享的认知用户数为Μ，认知用户发射机到授权用户接收机的有效路径损耗为hi (i = 1，2，...，Μ)可以被授权用户接收机准确估计，授权用户发射机到授权用户接收机间的随机噪声及各认知用户发射机到授权用户接收机间的噪声Gi服从独立的零均值单位方差的指数分布，认知用户接收机处的环境噪声为Ni,认知用户的发射功率为Pi, ρ in,P2,- 为各认知用户的功率分配策略的集合，若认知用户的通信目标为确定合理的功率分配策略最大化系统传输速率且满足不对授权用户造成有害影响的约束条件，则认知无线电网络频谱共享模型及授权用户中断概率约束条件可被化简为
M . hp max · log(l J -lj^)
p ^N/
Msi.
m
K \)biPi Ku
I I pmax式中S. t.代表须满足的约束条件，A GJth IP0G0, μ (1 [η0)/(\「η)，利用松弛优化方法可将认知无线电网络的授权用户中断概率约束条件近似等效为各认知用户的中断概率，可得改进的认知无线电网络的频谱共享模型
M . hP max · log(l J -j^)
PN/
让 IJb1P1
U-
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M(a
} P} Pn
式中取从 [y，为等效的各认知用户中断概率约束条件， M{\ Iη)
迭代求解认知用户功率分配策略过程中，各认知用户的初始化功率分配策略为环境噪声的水平Ntl，各认知用户初始的功率迭代调整因子 maxi^^，其中 6剛為,· bM]；(2)根据授权用户的反馈控制信息，观测授权用户在时间t内发生中断的次数η ；(3)根据累计观测的授权用户反馈控制信息更新估计的观测中断概率
, 41/Γ if
Ifbserve 3，
2 “ else式中t为已观测的时隙个数，T为设定观测时隙的长度；(4)根据认知用户自身功率与其对应的中断概率约束条件，及授权用户可承受的中断概率％与观测中断概率更新调整因子
权利要求
1. 一种基于反馈控制信息的认知无线电网络频谱共享方法，其特征是(1)初始化认知无线电网络中的通信传输参数，根据授权用户的中断概率限制近似等效得到不同认知用户的中断概率约束条件，并初始化各认知用户发射功率为授权用户接收机处环境噪声水平设授权用户发射机的传输功率为Ptl，授权用户接收机处的噪声功率为Ntl，授权用户可承受的最小信干比为Vth，授权用户可承受的中断概率η，在无认知用户共享授权频谱资源时，授权用户的初始中断概率n0，认知用户的最大传输功率为Pmax，当授权用户接收机信干比小于可承受信干比η时授权用户通信可能发生中断，设参与频谱共享的认知用户数为Μ，认知用户发射机到授权用户接收机的有效路径损耗为、(i = 1,2, ...，Μ)可以被授权用户接收机准确估计，授权用户发射机到授权用户接收机间的随机噪声及各认知用户发射机到授权用户接收机间的噪声Gi服从独立的零均值单位方差的指数分布，认知用户接收机处的环境噪声为Ni,认知用户的发射功率为Pi, P= [P1, Ρ2，·ΡΜ]为各认知用户的功率分配策略的集合，若认知用户的通信目标为确定合理的功率分配策略最大化系统传输速率且满足不对授权用户造成有害影响的约束条件，则认知无线电网络频谱共享模型及授权用户中断概率约束条件可被化简为
全文摘要
本发明的目的在于提供一种基于反馈控制信息的认知无线电网络频谱共享方法初始化认知无线电网络中的通信传输参数，根据授权用户的中断概率限制近似等效得到不同认知用户的中断概率约束条件，并初始化各认知用户功率。观测授权用户在时间t内发生中断的次数n，更新估计的观测中断概率，更新调整因子，计算改进的功率分配策略，检测循环终止条件是否满足，不满足返回上述步骤，满足则终止。本发明利用最优化理论与授权用户的反馈控制信息建立认知无线电网络的频谱共享模型，保证授权用户通信的中断概率低于设定水平，便于认知用户通过授权用户反馈控制信息的观测，迭代求解自身功率分配策略。
文档编号H04W16/14GK102368854SQ201110336288
公开日2012年3月7日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者叶方, 张宗志, 李一兵, 李一晨, 李婷, 杨蕊, 汤灵, 陈宇贤 申请人:哈尔滨工程大学