一种认知无线电中基于分组博弈交换以及优化功率控制的频谱资源配置方法，包括以下步骤：(1)在同时保障PUs与SUs的QoS需求情况下，最大化PUs全体的净收益，该优化问题描述为多变量非凸性优化问题；(2)根据问题P1的特性将问题分解为问题(P1‑底层)与问题(P1‑顶层)；问题(P1‑底层)解决的是底层的功率分配问题，在PU k接入的SUs集合给定的条件下优化各个用户的功率分配；问题(P1‑顶层)在问题(P1‑底层)的解给出的条件下进一步对接入用户的选择进行优化；(3)采用接入用户选择及功率分配联合控制方法对问题(P1‑顶层)进行接入用户集的优化。本发明专利技术提高系统频谱利用率，优化系统资源的配置。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及认知无线电网络领域，尤其是一种认知无线电中基于分组博弈交换以及优化功率控制的频谱资源配置方法。
技术介绍
移动设备日益智能化的同时，移动数据流量爆炸式增长，可用频谱资源的有限性与日益增长的移动数据流量需求之间的矛盾愈发突出。动态频谱接入(DSA)，作为移动网络中传统的固定频谱分配方法的有效补充，通过智能化地重复利用未授权系统(PrimarySystem-PS)或是授权用户(PrimaryUser-PU)未能够被充分利用的授权频谱资源，使得非授权用户(SecondaryUser-SU)能够适时地接入PU的授权频谱进行数据传输，从而使得频谱利用率得到有效的提升。由于DSA技术灵活变通，可以作为传统网络的补充，应用场景广泛，具有相当光明的场景。然而，在DSA实现频谱共享的同时，PU服务于SUs的过程中必然相应地产生干扰，其中包括：1)PU与SUs之间的同信道干扰2)不同的SUs之间的相互干扰。为了使得PU与SU积极地参与到频谱共享的交易中，在保证PU以及SU提出的QoS需求的同时，通过干扰管理以及有效的资源分配方案最大化PU以服务SU为代价得到的净收益的高效优化方法是有意义的。
技术实现思路
为了克服现有动态频谱接入方式的无法保证频谱共享能够优化DSA网络中的频谱资源配置的不足，本专利技术考虑包括PUs与SUs之间以及不同SUs之间的两部分干扰，提出了一种在PUs以及SUs的QoS得到保障的同时，通过最大化PU的净收益以实现最优化的功率控制方法，所提出的功率控制方法具有两层结构，在降低了计算复杂度的同时提高了该方法的有效性以及高效性。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种认知无线电中基于分组博弈交换以及优化功率控制的频谱资源配置方法，其特征在于：所述配置方法包括以下步骤：(1)在认知无线电网络中，通过授权用户PUs和非授权用户SUs的发送功率控制，在考虑包括PUs与SUs之间以及不同SUs之间的两部分干扰的同时，保证PUs的服务质量QoS的情况下最大化PUs的净收益的优化问题描述为如下所示的非凸性优化问题：受约束于其中，控制变量为以及表示所有授权用户PUs的集合,表示的是所有非授权用户SUs的集合；在问题P1中，各个参数定义如下：βk：PUk共享自有频谱时的边际功率损耗所对应的价格系数；PUk服务SUs时收取的边际流量价格；SUs接入PUk时获得吞吐量，表示为W表示带宽；PUk的吞吐量，表示为PUk的吞吐量要求；SUs的吞吐量要求；p0k：PUk的发送功率；p0k,min：PUk的最小发送功率消耗；qsk：SUs在接入PUk时的发送功率；n：背景噪声功率；接入PUk的SUs其SUs-Tx发送端与BS之间的信道功率增益，SUs-Tx表示SUs的发送端；PUk-Tx与BS之间的信道功率增益，PUk-Tx表示PUk的发送端；接入PUk的SUs其发送端SUs-Tx与接收端SUs-Rx之间的信道功率增益，SUs-Rx表示SUs的接收端；PUk-Tx与接入PUk的接收端SUs-Rx之间的信道功率增益；接入PUk的SUs中的发送端SUs-Txj与接收端SUs-Rxs之间的信道功率益；SUs与PUk之间连接状态的标志变量，则表示SUs与PUk相互连接；则表示SUs与PUk断开；PU的发送功率上限；SU的最大发送功率上限；辅助变量，具体形式表示为W表示带宽；Ωk：接入PUk的SUs的集合；(2)问题P1的分层；根据问题P1的特性将问题其分解成为两个子层：问题(P1-底层)与问题(P1-顶层)；问题(P1-底层)解决的是底层的功率分配问题，在PUk接入的SUs集合给定的条件下优化各个用户的功率分配；问题(P1-顶层)在问题(P1-底层)的解给出的条件下进一步对接入用户的选择进行优化；问题(P1-底层)：受约束于：p0k≥θ0kn+Σs∈ΩqskgsBkg0Bk,]]>qskgsBkn+p0kg0sk+Σj≠s,j∈Ωkqjkgjsk≥θsk=2RsreqW-1,∀s∈Ωk]]>0≤p0k≤P0k,max]]>0≤qsk≤Qsmax,∀s∈Ωk]]>问题(P1-顶层)：受约束于：分层问题中的集合定义：Ωk：接入PUs的SUs的集合，即ΩK+1：未被选择接入PUk的用户其中，需要保证每个SU仅选择一个PU进行接入，即用以及表示问题(P1-底层)的最优解，即对于PUk及其接入SUs而言最优化的功率分配方案，用Ωk*表示问题(P1-顶层)的最优解，即对于PUk而言最优化的用户接入选择集合；(3)采用接入用户选择及功率分配联合控制方法对问题(P1-顶层)进行接入用户集的优化，即求取最优集合Ωk*，过程如下：步骤3.1：接入用户选择及功率分配联合控制方法的初始化设置；设置未被选择接入PUk的非授权用户集设置接入PUk的非授权用户集设置问题(P1-顶层)的最优解Vk＝0，即PUk能够获得的最大收益；步骤3.2：定义融合规则与分离规则；将用于定义分组数，即其中融合规则：如果则令为{∪j=1lΩj本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种认知无线电中基于分组博弈交换以及优化功率控制的频谱资源配置方法，其特征在于：所述配置方法包括以下步骤：(1)在认知无线电网络中，通过授权用户PUs和非授权用户SUs的发送功率控制，在考虑包括PUs与SUs之间以及不同SUs之间的两部分干扰的同时，保证PUs的服务质量QoS的情况下最大化PUs的净收益的优化问题描述为如下所示的非凸性优化问题：P1：受约束于其中，控制变量为以及表示所有授权用户PUs的集合,表示的是所有非授权用户SUs的集合；在问题P1中，各个参数定义如下：βk：PU k共享自有频谱时的边际功率损耗所对应的价格系数；PUk 服务SU s时收取的边际流量价格；SU s接入PU k时获得吞吐量，表示为W表示带宽；PU k的吞吐量，表示为PU k的吞吐量要求；SU s的吞吐量要求；p0k：PU k的发送功率；p0k,min：PU k的最小发送功率消耗；qsk：SU s在接入PU k时的发送功率；n：背景噪声功率；接入PU k的SUs其SUs‑Tx发送端与BS之间的信道功率增益，SUs‑Tx表示SUs的发送端；PU k‑Tx与BS之间的信道功率增益，PU k‑Tx表示PUk的发送端；接入PU k的SU s其发送端SU s‑Tx与接收端SU s‑Rx之间的信道功率增益，SUs‑Rx表示SUs的接收端；PU k‑Tx与接入PU k的接收端SU s‑Rx之间的信道功率增益；接入PU k的SUs中的发送端SU s‑Txj与接收端SU s‑Rx s之间的信道功率益；SU s与PU k之间连接状态的标志变量，则表示SU s与PU k相互连接；则表示SU s与PU k断开；PU的发送功率上限；SU的最大发送功率上限；辅助变量，具体形式表示为W表示带宽；Ωk：接入PU k的SUs的集合；(2)问题P1的分层；根据问题P1的特性将问题其分解成为两个子层：问题(P1‑底层)与问题(P1‑顶层)；问题(P1‑底层)解决的是底层的功率分配问题，在PU k接入的SUs集合给定的条件下优化各个用户的功率分配；问题(P1‑顶层)在问题(P1‑底层)的解给出的条件下进一步对接入用户的选择进行优化；问题(P1‑底层)：受约束于：p0k≥θ0kn+Σs∈ΩqskgsBkg0Bk,]]>qskgsBkn+p0kg0sk+Σj≠s,j∈Ωkqjkgjsk≥θsk=2RsreqW-1,∀s∈Ωk]]>0≤p0k≤P0k,max]]>0≤qsk≤Qsmax,∀s∈Ωk]]>问题(P1‑顶层)：受约束于：分层问题中的集合定义：Ωk：接入PUs的SUs的集合，即Ωk+1：未被选择接入PU k的用户其中，需要保证每个SU仅选择一个PU进行接入，即用以及表示问题(P1‑底层)的最优解，即对于PU k及其接入SUs而言最优化的功率分配方案，用Ωk*表示问题(P1‑顶层)的最优解，即对于PU k而言最优化的用户接入选择集合；(3)采用接入用户选择及功率分配联合控制方法对问题(P1‑顶层)进行接入用户集的优化，即求取最优集合Ωk*，过程如下：步骤3.1：接入用户选择及功率分配联合控制方法的初始化设置；设置未被选择接入PU k的非授权用户集设置接入PUk的非授权用户集设置问题(P1‑顶层)的最优解Vk＝0，即PU k能够获得的最大收益；步骤3.2：定义融合规则与分离规则；将l用于定义分组数，即{Ω1,Ω2,…,Ωl}∈Ω，其中1≤l≤K+1；融合规则：如果则令{Ω1,Ω2,…,Ωl}为分离规则：如果则令为{Ω1,Ω2,…,Ωl}；步骤3.3：判断当前状态下两种规则的可执行性；通过当前的值与当前最优值Vk相对比，当融合规则与分离规则均不能够使得PU k的收益更大时，跳转至步骤3.7，否则顺序执行步骤3.4；步骤3.4：BS随机选择一个PU k,PU k随机选择融合或分离，融合则执行步骤3.5，分离则跳转执行步骤3.6；步骤3.5：融合规则的执行；当时，BS随机选择一个SUz∈ΩK+1，将SU z从ΩK+1中剔除并加入集合ΩK，即求解当前PU k的收益如果则将其设定为当前最大收益，当前最优用户最优集发送信号让BS知晓PU k接入SU z，返回步骤3.3；步骤3.6：分离规则的执行；当时，PU随机选择一个SUz∈ΩK，将SU z从ΩK中剔除并加入集合ΩK+1，即求解当前PU k的收益如果则将其设定为当前最大收益，当前最优用户最优集发送信号让BS接入SU z，返回步骤3.3；步骤3.7：结束，输出问题(P1‑...
【技术特征摘要】
1.一种认知无线电中基于分组博弈交换以及优化功率控制的频谱资源配置方法，其特
征在于：所述配置方法包括以下步骤：
(1)在认知无线电网络中，通过授权用户PUs和非授权用户SUs的发送功率控制，在考虑
包括PUs与SUs之间以及不同SUs之间的两部分干扰的同时，保证PUs的服务质量QoS的情况
下最大化PUs的净收益的优化问题描述为如下所示的非凸性优化问题：
P1：受约束于其中，控制变量为以及表示所有授权用户PUs的集合,表示的是所有非授权用
户SUs的集合；
在问题P1中，各个参数定义如下：
βk：PUk共享自有频谱时的边际功率损耗所对应的价格系数；
PUk服务SUs时收取的边际流量价格；
SUs接入PUk时获得吞吐量，表示为W
表示带宽；
PUk的吞吐量，表示为PUk的吞吐量要求；
SUs的吞吐量要求；
p0k：PUk的发送功率；
p0k,min：PUk的最小发送功率消耗；
qsk：SUs在接入PUk时的发送功率；
n：背景噪声功率；
接入PUk的SUs其SUs-Tx发送端与BS之间的信道功率增益，SUs-Tx表示SUs的发送
端；
PUk-Tx与BS之间的信道功率增益，PUk-Tx表示PUk的发送端；
接入PUk的SUs其发送端SUs-Tx与接收端SUs-Rx之间的信道功率增益，SUs-Rx
表示SUs的接收端；
PUk-Tx与接入PUk的接收端SUs-Rx之间的信道功率增益；
接入PUk的SUs中的发送端SUs-Txj与接收端SUs-Rxs之间的信道功率益；
SUs与PUk之间连接状态的标志变量，则表示SUs与PUk相互连接；
则表示SUs与PUk断开；
PU的发送功率上限；
SU的最大发送功率上限；
辅助变量，具体形式表示为W表示带宽；
Ωk：接入PUk的SUs的集合；
(2...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴远，陈佳超，严雨桐，钱丽萍，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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