一種基于混合式頻譜共享的帶寬功率聯(lián)合優(yōu)化方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于混合式頻譜共享的帶寬功率聯(lián)合優(yōu)化方法，該方法將功率控制與帶寬分配相結(jié)合，Overlay和Underlay兩種系統(tǒng)相結(jié)合通過將最優(yōu)化方法分解成兩個子優(yōu)化方法，逐一求解子優(yōu)化目標(biāo)從而實現(xiàn)了帶寬和功率的聯(lián)合合理分配。本發(fā)明專利技術(shù)通過引入混合頻譜共享機制，將頻譜使用方式多樣化，以提高頻譜的利用率。同時本發(fā)明專利技術(shù)考慮了帶寬的優(yōu)化問題，采用了帶寬功率聯(lián)合優(yōu)化的方法，提高了帶寬的利用率，優(yōu)化了發(fā)射功率，提高了系統(tǒng)性能。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及，應(yīng)用于無線通信
。
技術(shù)介紹
為了解決無線通信中頻譜資源分配問題,認(rèn)知無線電(cognitive radio, CR)是在軟件無線電技術(shù)的基礎(chǔ)上，增加了檢測需求并主動改變功能的能力，最終使得無線終端設(shè)備能夠自適應(yīng)外界環(huán)境和自身需要變化。目前，OFDM是集中式管理頻譜資源利用率最高的技術(shù)，比較容易實現(xiàn)頻譜資源控制管理，也是寬帶無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一。頻譜共享即是認(rèn)知用戶可在不給授權(quán)用戶造成不可接受的干擾的前提下，在授權(quán)頻段利用頻譜空閑時段進(jìn)行傳輸。頻譜共享主要有重疊式共享和交叉式共享。在重疊式共享中，可以通過功率控制的方法來消除系統(tǒng)間的干擾問題，同時認(rèn)知用戶既可以使用非活躍的授權(quán)用戶頻段，又可以使用活躍的授權(quán)用戶頻段。而交叉式共享是在沒有干擾限制的條件下，保證認(rèn)知用戶機會地使用且只能使用非活躍下的授權(quán)用戶頻段來提高頻譜使用率。Bansal等人基于混合式頻譜共享對載波和功率分配算法進(jìn)行優(yōu)化，算法復(fù)雜度低，但是并未考慮到信道感知誤差。張晶等提出基于混合式頻譜共享的功率分配方案，系統(tǒng)容量得到改善，但是對于用戶帶寬的不同需求未作研究，僅假設(shè)認(rèn)知用戶的帶寬相同的簡單情況，造成帶寬不同程度的浪費。本專利技術(shù)是基于混合式頻譜共享進(jìn)行帶寬功率聯(lián)合優(yōu)化，在保證通信質(zhì)量的前提下，能滿足不同帶寬需求，充分利用帶寬。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提供。本專利技術(shù)采用下述技術(shù)方案:包括如下步驟:I)認(rèn)知用戶接入網(wǎng)絡(luò)，探測提供給認(rèn)知用戶的可用帶寬內(nèi)的頻段是否存在空閑頻段；2)如果存在空閑頻段:a)認(rèn)知用戶采用overlay方式進(jìn)行帶寬功率聯(lián)合優(yōu)化；b)監(jiān)聽信道是否存在授權(quán)用戶的接入:(I)不存在授權(quán)用戶接入網(wǎng)絡(luò)，返回第2)步；(2)存在授權(quán)用戶接入網(wǎng)絡(luò)，則釋放，不再占用信道，采用underlay方式進(jìn)行帶寬功率聯(lián)合優(yōu)化，即第3)步；3)如果不存在空閑頻段:a)采用underlay方式進(jìn)行帶寬功率聯(lián)合優(yōu)化；b)監(jiān)聽信道是否存空閑頻段:(I)不存在空閑頻段，返回第3)步；(2)存在空閑頻段，調(diào)整優(yōu)化策略，采用overlay方式進(jìn)行帶寬功率聯(lián)合優(yōu)化；4)認(rèn)知用戶退出網(wǎng)絡(luò)。本專利技術(shù)的有益效果如下:本專利技術(shù)通過引入混合頻譜共享機制，將頻譜使用方式多樣化，以提高頻譜的利用率。本專利技術(shù)同時考慮了帶寬的優(yōu)化問題，采用了帶寬功率聯(lián)合優(yōu)化的方法，提高了帶寬的利用率，優(yōu)化了發(fā)射功率，提高了系統(tǒng)性能。【附圖說明】圖1:流程圖；圖2(a):三維方式下認(rèn)知用戶總信道容量關(guān)于最大發(fā)射功率的變化曲線；圖2(b): 二維方式下認(rèn)知用戶總信道容量關(guān)于最大發(fā)射功率的變化曲線；圖3:認(rèn)知用戶總信道容量關(guān)于帶寬的變化曲線；圖4:認(rèn)知用戶總信道容量關(guān)于認(rèn)知用戶數(shù)量的變化曲線；圖5:認(rèn)知用戶頻 譜使用率關(guān)于帶寬的變化曲線。【具體實施方式】本方法對認(rèn)知無線電中重疊式共享和交叉式共享兩種傳統(tǒng)共享方式進(jìn)行研究改進(jìn)，保證了混合式頻譜共享方式的可行性。采用帶寬功率聯(lián)合優(yōu)化的方式，對帶寬和功率同時進(jìn)行優(yōu)化。采用了理論分析、可行性論證和計算機仿真結(jié)合的方法，從理論和實踐方面驗證了所提出的方案。1、系統(tǒng)模型我們考慮一個頻譜共享的集中式認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中有一對授權(quán)用戶通信系統(tǒng)和N個認(rèn)知用戶，授權(quán)用戶的位置固定，而認(rèn)知用戶則在小區(qū)中隨機均勻的分布。網(wǎng)絡(luò)中的認(rèn)知用戶采用頻分多址(frequency decision multiple access, FDMA)的方式進(jìn)行頻譜接入，每個認(rèn)知用戶進(jìn)行信息傳輸時使用的頻帶與其他認(rèn)知用戶不重疊。為了簡化計算，我們假設(shè)信道環(huán)境為最基本的AWGN信道。認(rèn)知用戶所有的接入、等待和切換都由集中式網(wǎng)絡(luò)中的中央控制器負(fù)責(zé)。當(dāng)認(rèn)知用戶需要接入網(wǎng)絡(luò)時，若存在空閑頻段，則采用Overlay頻譜共享方式；若沒有空閑頻段，則采用Underlay頻譜共享方式；若所有頻段都處于忙碌狀態(tài)，則采用選擇等待或者拒絕。同時定義切換策略，所有接入的認(rèn)知用戶周期性的感知周圍環(huán)境，處于Overlay狀態(tài)的用戶感知到授權(quán)用戶的接入時，切換到其他空閑狀態(tài)或者切換成Underlay狀態(tài)。由于用戶會在Underlay和Overlay系統(tǒng)之間來回切換,所以稱之為混合式頻譜共享。假設(shè)認(rèn)知用戶SUi到授權(quán)用戶的鏈路增益為hi;認(rèn)知用戶SUi發(fā)射端到其對應(yīng)的接收端(基站)的鏈路增益為gi，授權(quán)用戶的總帶寬為B，分配給每個認(rèn)知用戶SUi的帶寬為Bi,則帶寬分配約束可以寫為: N^Bt<B(I) 1-?假設(shè)認(rèn)知用戶SUi的處于Overlay狀態(tài)下的發(fā)射功率為;處于Underlay狀態(tài)下的發(fā)射功率為#;5胃，且同時受到發(fā)射裝置和干擾溫度兩個方面的約束:即認(rèn)知用戶的瞬時峰值發(fā)射功率小于認(rèn)知用戶發(fā)射器的發(fā)射功率限制；認(rèn)知用戶的發(fā)射功率對授權(quán)用戶產(chǎn)生的總干擾應(yīng)該小于一個門限值Qmax。則發(fā)射功率的數(shù)學(xué)模型可以寫成:本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種基于混合式頻譜共享的帶寬功率聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征在于：該方法包括如下步驟：1）認(rèn)知用戶接入網(wǎng)絡(luò)，探測提供給認(rèn)知用戶的可用帶寬內(nèi)的頻段是否存在空閑頻段；2）如果存在空閑頻段：a）認(rèn)知用戶采用overlay方式進(jìn)行帶寬功率聯(lián)合優(yōu)化；b）監(jiān)聽信道是否存在授權(quán)用戶的接入：（1）不存在授權(quán)用戶接入網(wǎng)絡(luò)，返回第2）步；（2）存在授權(quán)用戶接入網(wǎng)絡(luò)，則釋放信道，采用underlay方式進(jìn)行帶寬功率聯(lián)合優(yōu)化，即第3步；3)如果不存在空閑頻段：a)采用underlay方式進(jìn)行帶寬功率聯(lián)合優(yōu)化；b)監(jiān)聽信道是否存空閑頻段：（1）不存在空閑頻段，返回第3步；（2）存在空閑頻段，調(diào)整優(yōu)化策略，采用overlay方式進(jìn)行帶寬功率聯(lián)合優(yōu)化；4)認(rèn)知用戶退出網(wǎng)絡(luò)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于混合式頻譜共享的帶寬功率聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征在于:該方法包括如下步驟: 1)認(rèn)知用戶接入網(wǎng)絡(luò)，探測提供給認(rèn)知用戶的可用帶寬內(nèi)的頻段是否存在空閑頻段； 2)如果存在空閑頻段: a)認(rèn)知用戶采用overlay方式進(jìn)行帶寬功率聯(lián)合優(yōu)化； b)監(jiān)聽信道是否存在授權(quán)用戶的接入: (1)不存在授權(quán)用戶接入網(wǎng)絡(luò)，返回第2)步； (2)存...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙軍輝，楊濤，曾龍基，杜家嬌，王嬌，張浩，劉旭，
申請(專利權(quán))人：北京交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11