[发明专利]基于端到端中断概率约束的功率分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种基于端到端中断概率约束的功率分配方法。

背景技术

随着无线通信技术的演进，多种不同接入技术的无线网络不断涌现，并且在地理位置上重叠覆盖。技术的演进使得用户对高带宽、高速率的无线通信业务的需求日益增长，而匮乏的频谱资源成为限制这一需求实现的主要矛盾。按照现有的固定频谱分配方式，每种网络仅工作在各自的授权频段，由于用户行为在时间以及地域上的不均匀特性使得频谱资源在时间、空间上也存在着利用率不均匀的现象，即：在某一时间内，某些频段业务量比较大，而某些频段却处于空闲状态，因此，造成了频谱资源的极大浪费。为了更加充分的利用这些空闲频段，提高频谱的利用效率，认知无线电应运而生，为解决频谱资源的浪费提供了技术上的支持。

除了认知无线电技术，中继技术作为下一代通信网络中的一项关键技术，将其引入现有的网络也可以带来很多方面性能的提升。例如，将中继部署在现有小区的边缘位置，可以扩大小区的覆盖范围；将中继部署在小区内部，则可以为距离基站较远的、信道条件较差的用户提供更高的服务速率。

综合以上两点，为了提高现有频谱资源的利用效率，并且考虑到引入中继技术给网络带来的好处，认知中继技术的研究十分必要。两者的结合将会使网络提供更优的服务质量，并给小区内的用户带来更完美的业务体验。

目前关于认知两跳中继的研究比较多，而针对认知多跳中继的研究相对较少。即便是针对认知多跳中继的研究，大部分将关注点置于如何进行中继选择并分配信道、功率，来最大化整个系统的吞吐量，也或是仅简单地对通信源、宿节点间的业务端到端中断概率进行分析。然而，在某些功率或者能量受限的场景下，例如，无线传感器网络中，每个终端节点的功率是一定的，最大限度地节约功率资源应当置于首要地位。而目前从节能角度展开对认知多跳中继场景下的中继选择、功率分配的研究还比较少。

目前关于认知多跳中继的研究，主要集中在充分利用已有的功率资源、频谱资源的前提下，同时结合认知系统中主用户的行为特点，进行中继节点的选择并分配功率、频谱资源，达到最大化系统吞吐量的目的。

在多数情况下，寻找系统性能的上界便于最大化资源的利用效率，然而，在某些情况下，不需要追求资源利用率的最大化，而更需要关注如何利用最少的资源来达到系统性能的要求，从而实现节能的目的，例如无线传感器网络。目前在两跳的中继网络中也有一些关注能耗问题的研究，根据两跳中各自信道的信息和服务质量要求计算每跳节点的最优功率，此处的服务质量要求仅仅是用信噪比定义，而没有包含用户的业务需求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何实现满足节能要求的最优的中继选择和功率分配。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于端到端中断概率约束的功率分配方法，包括以下步骤：

S1：认知终端进行信道测量、主用户感知和业务感知，以获得信道测量信息、主用户感知信息和端到端业务信息；

S2：根据所述信道测量信息和主用户感知信息计算每个认知终端的最大发射功率；

S3：根据所述信道测量信息、主用户感知信息、端到端业务信息和最大发射功率确定由中继路径组成的中继候选集，然后对中继候选集中的每条中继路径分配发射功率；

S4：遍历所述中继候选集，选择所有认知中继节点发射功率之和最小的作为最优中继路径，记录所述最优中继路径在发射功率分配过程中确定的各认知终端的发射功率。

优选地，所述端到端业务信息包括认知源节点到认知宿节点的业务端到端QoS要求，包括从认知源节点到认知宿节点允许的端到端中断概率上限值ρ₀和发生中断的最小传输速率门限值C₀；所述主用户感知信息包括主用户接收机在每跳传输中允许的最大干扰功率Q；所述信道测量信息包括所有认知终端之间以及认知终端与主用户接收机之间的平均信道增益。

优选地，步骤S2中，认知终端i的最大发射功率的计算公式为：其中m_ip是认知终端与主用户接收机间的平均信道增益，P_max是认知终端的功率上界。

优选地，步骤S3中确定由中继路径组成的中继候选集具体为：对于在为每个认知终端都分配最大发射功率的情况下，满足所述业务端到端QoS要求的中继路径m，将该中继路径m放入中继候选集Ψ。

优选地，步骤S3中对中继候选集中的每条中继路径分配发射功率具体为：