[发明专利]一种基于能效和谱效联合优化的认知无线电功率分配方法

说明书

本发明公开了一种基于能效和谱效联合优化的认知无线电功率分配方法，属于无线通信资源分配技术领域，包括如下步骤：1、认知用户采用能量感知方法进行频谱感知，得到认知用户的检测概率和虚警概率；2、在认知用户平均发射功率、主用户平均干扰功率和检测概率门限的约束下，建立最大能效和谱效的优化模型P1；3、等价转化最优化模型P1；4、求解最佳功率分配、最大能效和最大谱效，得到最优功率分配和最大能效谱效。本发明能够在满足认知网络谱效的同时最大化认知用户的能效的情况下进行最优感知时间和最佳功率分配，也可以在满足认知网络能效的同时最大化认知用户的谱效的情况下进行最优的感知时间和最佳的功率分配。

技术领域

本发明涉及一种感知时间及功率分配联合优化方法，特别是涉及一种基于能效和谱效联合优化的认知无线电功率分配方法，属于无线通信资源分配技术领域。

背景技术

无线和移动通信技术的飞速发展，一方面，造成了现有固定频谱资源分配方式下频谱资源短缺的问题，另一方面，导致移动设备消耗的能量快速增加，造成了能源紧缺的问题，根据现有研究报道，信息通信技术每年消耗的能量占每年总能量消耗的2％到10％，因此，随着绿色通信技术的发展，能量效率简称能效，在近年来也引起了人们的关注，由于绿色认知无线电不仅能提高频谱效率简称谱效，而且能最大化系统的能效，成为当前的研究热点，绿色认知无线电作为一种频谱共享技术，能够充分利用主用户空闲的频谱资源，其主要思想是认知用户可以在不影响主用户正常通信的前提下或者在对主用户的干扰在一定的门限之下，以最大能效的方式接入主用户的授权频段进行通信，从而提高认知网络的谱效，而且尽可能最大化认知网络的能效。

但是，研究表明，在认知无线电中提高认知网络的能效会降低谱效；同样，提高认知网络的谱效也会降低能效，也就是说能效和谱效不可能同时达到最大，因此，如何设计能效与谱效的折中是一个值得研究的问题；在绿色认知无线电中，由于认知无线电的优先性是保护主用户的服务质量，因此，必须控制认知用户的发射功率，且其传输对主用户的干扰功率也应该在一定的门限之下，因此，在绿色认知无线电中，对认知用户的发射功率进行最佳分配，不仅能很好的保护主用户的服务质量，同时也能在最大化认知用户能效的基础上，获取更高的谱效。因此，如何对认知用户进行功率分配也是一个值得研究的问题。

现有的研究大多是单独的提高认知用户能效或者提高认知用户的谱效，并没有考虑能效和谱效的折中优化：

Stotas S,Nallanathan A.提出了一种提高认知无线电频谱效率的功率分配方法，该方法在认知用户最大发射功率和主用户所能容忍的最大干扰功率的约束下，以最大化认知用户的吞吐量(谱效)为目标，实现了认知用户的最佳功率分配，但是这种方法没有考虑认知用户的能效，且其在机会频谱接入模式下进行的功率分配。

Park H,Hwang T等人提出了一种基于频谱感知的频谱共享的能效最大的功率分配方法，该方法在认知用户的最大发射功率和主用户的干扰温度的约束下，以最大化认知网络的能效为目标，实现了认知用户的最佳功率分配。但是这种方法没有考虑认知网络的谱效，且其未考虑认知用户感知时间的优化。

Hu H,Zhang H,Liang Y C等人提出了一种同时最大化能效和谱效的方法，该方法以同时最大化认知用户的能效和谱效为目标，设计了最优的认知用户的感知时间，感知门限，感知策略，协作感知的用户数，但是这种方法没有考虑认知用户的功率分配。

目前，最佳功率分配策略主要基于以下两种机制进行的：

(1)机会频谱接入机制：在机会频谱接入机制下，只有当认知用户检测到主用户空闲时，认知用户才会接入分配给主用户的频谱进行通信，当授权用户重新返回通信时认知用户应立即切换至其他频段进行通信。