[发明专利]CRN中的功率分配方法及其在智慧交通网络中的应用

说明书

本发明涉及一种CRN（认知无线电网络）中的功率分配方法及在智慧交通网络中的应用，属于无线通信技术领域。其技术方案包括：通过非盲信道估计方法获得非理想信道状态信息；设定保障主要用户通信不受次要用户影响的干扰功率门限；以安全有效容量为目标函数，功率限制为约束条件，构造鲁棒优化问题，并通过拉格朗日对偶理论求得最优的对偶因子，进而求得最优的发射功率，实现最优功率分配；次要用户按照分配的功率进行数据传输。本发明不但使安全认知无线电网络满足了用户统计时延QoS方面的要求，更具备计算复杂度低，对信道适应性强等优点，具有重要的理论及现实意义。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种CRN中的功率分配方法及其在智慧交通网络中的应用。

背景技术

无线通信中的频谱资源低利用率问题严重制约了新一代移动通信网络的发展。认知无线电技术可有效提高频谱利用率，从而缓解无线频谱资源短缺问题。它通过网络节点对本地电磁环境的主动认知，灵活地选择空闲频谱资源，从而充分利用时频空洞而提高频谱的利用效率。基于频谱共享的认知无线电通信方式允许次要用户与主要用户同时接入主要用户的授权频段，但是次要用户发射端需要调整发射功率以保证对主要用户的干扰功率不超过其能容忍的干扰门限。

但是，认知无线电网络（Cognitive radio networks，简称CRN）也面临比传统无线网络更为复杂的安全威胁。近年来，物理层安全技术作为密钥加密技术的补充，受到了越来越多的关注。同时，为了承载多媒体业务，统计时延服务质量要求与安全问题一样，在下一代无线通信网络传输中起着至关重要的作用。在认知无线电网络中，主要用户与次要用户共享频谱资源，灵活的功率分配机制对物理层安全容量的提高至关重要，引起研究人员的广泛关注。L. Ma等学者在“IEEE 83th Vehicular Technology Conference, 2016:1-6”发表的文章 “Delay-QoS-Driven Secrecy Power Allocation in Underlay SecureCognitive Radio System”提出了一种安全认知无线电网络中保证统计时延QoS要求的功率分配策略。在理想信道状态条件下，通过安全有效容量跨层模型实现了在不同统计时延QoS要求下，单用户安全认知无线电网络的性能最优。

在实际通信环境中，由于信道估计误差、有限的信道反馈、缺少主要用户与次要用户间的信令交互，很难或者不可能获得理想的信道状态信息。因此物理层的功率分配机制应该考虑信道的不确定性对物理层安全容量的影响。然而，目前的研究工作中大都致力于研究信道状态信息完全可知情况下的认知无线电网络中的安全功率分配方法，而未考虑到实际应用中信道状态信息对功率分配策略的影响。Nader Mokari等学者在 “IEEETransactions on Signal Processing,2015,63(2):291:304”发表的文论“Secure RobustErgodic Uplink Resource Allocation in Relay-Assisted Cognitive RadioNetworks”分析了在存在窃听用户的认知无线电网络中，非理想信道状态信息在最坏情况下对于功率和子载波分配策略的影响。综上所述，在目前查阅到的资料中，还没有探讨过在信道状态信息不完全时，如何在安全认知无线电网络中设计保障统计时延QoS 要求的功率分配方法。

此外，在智慧交通网络技术领域，目前用于车辆终端间通信的频段为：5855MHz-5925MHz，但随着用户数量和通信需求的大幅度增加，仅仅70MHz是不能满足车辆终端间通信需求的。实验表明，其他授权频段存在着大量的“频谱空洞”，这些“频谱空洞”大部分时间中是没有授权用户在使用的，因此，如何在智慧交通网络中将这些“频谱空洞”利用在车辆终端间的通信中便成为一个研究热点。