[发明专利]多信道认知无线电网络中协作通信功率分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多信道认知无线电网络中协作通信功率分配方法，属于无线通信网络中资源分配领域。

技术背景

无线电频谱资源是一种有限的自然资源，一般由政府授权使用。随着无线通信技术的飞速发展，频谱资源变得越来越紧张，大量授权频谱被闲置或利用率极低。尤其是随着无线局域网(WLAN)技术、无线个人域网络(WPAN)技术、无线城域网(WMAN)技术的发展，越来越多的人通过这些技术以无线的方式接入互联网。这些网络技术大多使用非授权频段(UFB)工作。由于这些无线通信业务的迅猛发展，它们所占用的非授权频段已经趋于饱和，导致此部分无线通信业务的服务质量大大降低。而相当数量的授权频谱资源在某些时间或空间内未被使用，使得授权频段(LFB)的频谱资源利用率很低。

针对这种不合理的频谱使用方式，需要引入动态频谱接入技术将那些未被充分使用的频谱资源加以利用，实现频谱的动态分配从而极大地提高频谱的利用率。认知无线电技术通过允许认知用户自适应地感知频谱资源，机会式地占用空闲频谱，使得无线通信系统能不经授权地使用传输条件更好，带宽更宽的频段，能有效提高频谱利用率，最大程度上解决现阶段频谱资源稀缺的问题。

认知无线电网络中从用户SU(Secondary User)可以通过频谱共享的方式接入到主用户PU(Primary User)的频谱中。频谱共享即允许信道中在保证主用户信息服务质量(QoS)的前提下，限制从用户的发送功率，使从用户和主用户共同在一个信道中进行传输。在认知无线电网络中利用协作通信技术，可以在提高传输性能的同时尽可能地提高频谱使用效率。现有的认知网络中的协作通信，大多考虑从用户帮助主用户做主用户发送端，以补偿使用信道对主用户造成的干扰。

认知无线电系统中的资源分配方法主要有两种，一是集中式的资源分配方法，二是分布式的资源分配方法。集中式的资源分配方法对网络架构有很高要求，而且往往需要很高的运算复杂度。在现有的分布式资源分配方法中，博弈论被认为是一个有效的工具，不仅能提高资源的利用率，而且能有效减小运算复杂度，易于实现。

发明内容

本发明的目的是针对多信道认知无线电网络中从用户功率分配时存在运算复杂度高，没有考虑充分利用资源等问题，提供一种多信道认知无线电网络中协作通信功率分配方法。该方法能在保证主用户传输质量（QoS）的前提下充分利用频谱和功率，进而有效提高资源的利用率，实现从用户的全局利益最大化。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：一种多信道认知无线电网络中协作通信功率分配方法，该方法的步骤是：

步骤1：根据多信道认知无线电网络协作通信的要求，首先，在认知无线电网络中设置一个主用户PU：主用户的发送端用PT表示，主用户的接收端用PR表示；N个从用户：从用户i的发送端用                                                表示，从用户i的接收端用表示，其中，i为从用户编号，分别为1,...,N；主用户PU有M个不重叠子信道，PU给每个需要协作通信的从用户分配一个子信道，每个子信道最多只能被分配给一个从用户使用，每个从用户最多只能分到一个子信道；在协作通信时，每个从用户发送端通过主用户发送端PT传输信息到它的接收端；在上述传输过程中，PT会将自己需要发送的信息与接收到的来自从用户i发送端的信息进行网络编码，并分配功率用于转发网络编码后的信息。

步骤2：从用户i根据发送端与主用户发送端PT、主用户发送端PT与接收端以及发送端与接收端之间的信道增益、带宽信息，计算从用户i的发送速率：

   

其中，、分别表示从用户发送端、主用户发送端PT发送各自信息到从用户接收端的信干比，、、分别表示从用户发送端到从用户接收端、从用户发送端到主用户发送端PT、主用户发送端PT到从用户接收端的信道增益，W代表带宽，表示从用户i发送信息的功率，表示主用户发送端PT转发信息的功率，代表噪声方差；

步骤3：从用户i根据步骤2中得到的发送速率，计算可获得的效用值，其计算表达式为：

   

其中，是单位转换因子，表示从用户i的发送速率，表示主用户发送端PT给出的功率价格，表示主用户发送端PT转发信息的功率；

    然后，从用户i根据主用户发送端PT提供的功率价格，确定需要向主用户发送端请求的最佳功率，记为，其表达式为：

   

其中：；

步骤4：主用户发送端PT分别给从用户i ()分配功率，其具体步骤如下：