[发明专利]一种时限约束下的能量收集认知无线电网络接入方法

说明书

本发明提供了一种时限约束下的能量收集认知无线电网络接入方法，包括确定部分观测马尔可夫决策过程的相关参数，确定次用户吞吐率指标，进而利用Q函数马尔可夫决策过程(Q‑functions Markov Decision Process,QMDP)算法确定感知接入动作。本发明旨在提供一种时限约束下的能量收集认知无线电网络接入方法，以对固定传输时限约束下多信道能量收集认知无线电网络中次用户的感知接入策略进行优化，提高了通信场景下传输的吞吐率。

技术领域

本发明涉及无线网络通信技术领域，具体为一种时限约束下的能量收集认知无线电网络接入方法。

背景技术

近年来，现有通信系统可用的有限频谱资源越来越难以满足各种通信带宽需求，因此需要使用认知无线电技术对频谱管理方法加以改进，使得非授权用户(亦称为次用户)机会式地探测并使用授权用户(亦称为主用户)未在使用的频谱，从而显著提高频谱利用率。次用户通常由于成本受限或环境受限而缺乏固定能量源，需要使用电池供电以及自然界或射频能量收集技术以解决能量供应问题。另一方面，各类实时通信场景的数据业务往往要求每个数据包在严格传输时限内被传输。因此，次用户信道接入需要兼顾主用户活跃规律、严格传输时限约束和能量收集约束。这三个因素的互相耦合则进一步给次用户信道接入策略设计带来了严峻挑战。针对此问题，Bae与Baek考虑次用户在单信道射频能量收集场景下以固定概率决定感知主信道以传输数据或进行能量收集，通过简化的马尔可夫链推导了次用户状态的稳态分布，刻画了信道参数对次用户及时传输概率和数据包逗留时间的影响，但仅建立了静态理论分析模型，而缺少对次用户接入行为的动态优化。

发明内容

本发明旨在提供一种时限约束下的能量收集认知无线电网络接入方法，以对固定传输时限约束下多信道能量收集认知无线电网络中次用户的感知接入策略进行优化。

实现本发明目的的技术方案为：一种时限约束下的能量收集认知无线电网络接入方法，具体步骤为：

步骤1、确定部分观测马尔可夫决策过程的相关参数，所述相关参数包括：描述在时隙t开始时刻次发送端的状态s_t、描述时隙t的开始时刻状态处于s_t时，次用户选择的动作a_t、描述次发送端在状态s_t＝s∈S时采取任意动作a_t＝(x,y)∈A_s转移到状态s_t+1＝s′∈S的转移概率Pr(s′|s,x,y)、描述次发送端在时隙t开始时刻的观测o_t、描述次发送端在状态s_t＝s∈S采取动作a_t＝(x,y)∈A_s转移到状态s_t+1＝s′∈S时得到观测o_t＝o的观测函数Pr(o|s,x,y,s')、描述基于时隙t之前所有历史信息和观测的条件下时隙t开始时刻次发送端状态的置信状态I_t、描述在时隙t开始时刻置信状态I_t＝I时，次发送端采取动作a_t＝(x,y)∈A_s所获得的即时奖励R_t(I,x,y)、描述一系列从当前置信状态映射到当前时隙动作的策略π。

步骤2、基于决策过程Z_t，确定次用户吞吐率指标ψ(π)；

步骤3、基于决策过程Z_t，利用QMDP算法确定感知接入动作a_t。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：全面并充分考虑了信道状态的马尔可夫时变性和部分观测性，引入POMDP进行建模和策略求解，而非简单地基于所有信道的静态统计特性采用MDP建模，并且根据每个时隙的信道观测与奖励反馈动态优化信道接入策略，而非采用固定的接入参数，从而极大提高了通信场景下传输的吞吐率。

附图说明

图1为本发明的流程图。