[发明专利]认知无线网络中基于最大和速率的协同通信方法

摘要

本发明提供了一种认知无线网络中基于最大和速率的协同通信方法,该新的协同通信方案以最大化认知无线网络中主次用户的和速率。通过建模将主次用户的和速率最大化问题表示为组合优化问题，然后引入辅助变量，将所求问题等价转化为运筹学中的标准指派问题，并根据该指派问题求解算法，提出了基于匈牙利算法的主次用户协同通信方案。经对比认知无线网络在采用本发明的AF、DF协同通信与直接通信方式时，在不同情况下的主次用户和速率变化情况。仿真结果表明，在次用户数目较多时，采用本发明的协同通信方案带来和速率1.3倍以上的提升，同时，AF协同通信比DF协同通信方式更适合用于认知无线网络中以提高主次用户的和速率。

主权项

1.一种认知无线网络中基于最大和速率的协同通信方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：每个时隙开始时，控制台获取网络参数，网络参数包括各信道的信道增益，以及背景噪声功率，各信道的信道增益包括分别表示对应收发机之间的信道增益的其中S_i、D_i分别表示第i条信道上的主用户发射机与接收机，R_j、RD_j分别表示第j条信道上的次用户发射机与接收机，相应地，表示第i条信道上的主用户发射机与主用户接收机之间的信道增益，表示第i条信道上的主用户发射机与第j条信道上的次用户发射机之间的信道增益，表示第j条信道上的次用户发射机与第i条信道上的主用户接收机之间的信道增益，表示第j条信道上的次用户发射机与次用户接收机之间的信道增益；同时，控制台还获取第i条信道的信道带宽w_i,1≤i≤M，以及背景噪声功率；第二步：根据第一步中的网络参数计算所有主次用户在各信道的通信速率；第三步：计算匈牙利算法所需用到的中间参数；中间参数为矩阵B，B＝(b_i,j)_(M+N)×(M+N)，b_i,j表示矩阵B的元素，B_max＝max(b_i,j)；其中矩阵B的各元素为：其中C_{i,j_coop}表示主次用户协同通信的信道容量，C_{i_dir}表示主用户直接通信的信道容量，C_{i,j_sec}表示次用户对i在信道j上直接通信的信道容量，M表示可用信道的数目，N表示次用户的数目，P表示主用户中有通信需求的用户数目，此式中为了简便，设定主用户中的前P个用户为有通信需求的用户数目，也即B的维度形式如下：B=AP×NDP×P0P×(M-P)C(M-P)×N0(M-P)×P0(M-P)×(M-P)0N×N0N×P0N×(M-P)]]>其中A_P×N表示P×N维的矩阵，C_(M-P)×N表示(M-P)×N维的矩阵，D_P×P表示P×P维的矩阵；第四步：采用匈牙利算法求解与最终通信方案所对应的矩阵Y，y_i,j表示矩阵Y的元素；矩阵Y的各元素为：yi,j=yi,j=xi,j;1≤i≤M,1≤j≤NΣi=1Myi,j+Σi=M+1M+Nyi,j=1;i=1,2,···,M+NΣj=1Nyi,j+Σj=N+1M+Nyi,j=1;i=1,2,···,M+N]]>其中，代数1表示最多只有1个次用户能够作为中继用户、或者次用户作为中继用户时最多只能服务1个主用户，x_i,j表示数学推导过程中的辅助变量，x_i,j的物理意义如下：当1≤i≤P,1≤j≤N时，当P+1≤i≤M,1≤j≤N时，其中P表示主用户中有通信需求的用户数目，此式中为了简便，设定主用户中的前P个用户为有通信需求的用户数目；第五步：根据矩阵Y的各元素值，确定各主次用户的通信方式与工作方式。