一种用于认知全双工无线通信系统的功率分配方法技术方案
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及通信信号处理领域，尤其涉及一种用于单输入单输出认知无线全双工双向通信系统的功率分配方法。
技术介绍
随着无线通信技术的快速发展，无线通信系统对频谱资源的需求也日益增长，从而造成频谱资源变得日趋紧张。然而实际上现有已授权频谱的使用效率并不高。如何有效提升现有频谱的使用效率成为热点问题。认知无线电技术允许主用户和认知用户的共存，可望在很大程度上缓解频谱资源的严重不足。认知用户在严格控制对主用户干扰的前提下实现频谱共享，可有效改善静态频谱分配造成的频谱资源浪费严重的问题。然而，由于主用户对认知用户在通信机会或发射功率等方面的限制，频谱利用率虽然得到很大的提升，但认知用户的通信质量仍然较低。全双工通信技术允许同时的信息收发，为频谱利用率的倍增提供了可能。因此，认知无线电技术结合全双工技术有望全面提升认知用户的服务质量。认知全双工无线通信系统中，主用户作为授权频段的占有者，其通信质量是优先需要考虑的问题。为此认知用户在发送信息时必须严格控制其发送功率。在保证主用户通信质量的前提下，全双工认知用户虽然可通过增大其自身发射功率来改善信噪比，但也带来自干扰变大的问题。因此，合理配置认知用户间的功率资源，需联合考虑主用户的通信质量约束和认知用户的自干扰问题。而这些问题之间所存在的资源分配间的相互矛盾是以往通信系统优化理论研究中不曾出现的。为此，我们的专利技术针对认知全双工无线通信网络的最优功率分配问题提出解决方案，通过合理配置认知用户功率资源，全面提升通信性能，改善频谱利用效率。
技术实现思路
本专利技术是针对现有认知无线电技术中认知用户由于在发射功率或发射机会...
【技术保护点】
一种用于认知全双工无线通信系统的功率分配方法，所述认知全双工无线通信系统包括一个主用户以及两个以上认知用户，所述方法包括如下步骤：S1、获取认知用户发射功率与主用户干扰限制间满足的条件关系；S2、以认知用户的和容量最大化为目标，建立以主用户干扰限制和最大发射功率限制为约束的双变量的有约束优化函数；S3、在首先不考虑认知用户最大功率限制的前提下，利用认知用户发射功率与主用户干扰限制间满足的条件关系，将第二认知用户的发射功率表示为第一认知用户的发射功率的函数，构建以第一认知用户的发射功率为单变量的无约束优化函数；S4、以第一认知用户的发射功率为变量对所述无约束优化函数求极值，获得第一认知用户的发射功率为最优时的表达式，并对该表达式求解，获得第一认知用户的最优发射功率；S5、基于已获得的第一认知用户的最优发射功率计算第二认知用户的最优发射功率；S6、基于认知用户的最大功率限制，对所获得的认知用户发射功率进行修正。
【技术特征摘要】
1.一种用于认知全双工无线通信系统的功率分配方法，所述认知全双工无线通信系统包括一个主用户以及两个以上认知用户，所述方法包括如下步骤：S1、获取认知用户发射功率与主用户干扰限制间满足的条件关系；S2、以认知用户的和容量最大化为目标，建立以主用户干扰限制和最大发射功率限制为约束的双变量的有约束优化函数；S3、在首先不考虑认知用户最大功率限制的前提下，利用认知用户发射功率与主用户干扰限制间满足的条件关系，将第二认知用户的发射功率表示为第一认知用户的发射功率的函数，构建以第一认知用户的发射功率为单变量的无约束优化函数；S4、以第一认知用户的发射功率为变量对所述无约束优化函数求极值，获得第一认知用户的发射功率为最优时的表达式，并对该表达式求解，获得第一认知用户的最优发射功率；S5、基于已获得的第一认知用户的最优发射功率计算第二认知用户的最优发射功率；S6、基于认知用户的最大功率限制，对所获得的认知用户发射功率进行修正。2.一种如权利要求1所述的方法，所述步骤S1的获取认知用户发射功率与主用户干扰限制间满足的条件关系具体包括：认知用户同时同频双向传输，其对主用户造成的干扰满足：P1|h1P|2+P2|h2P|2≤Ith (1)其中P1和P2分别表示第一认知用户和第二认知用户的发射功率，h1P和h2P分别表示两认知用户到主用户之间的干扰信道，Ith表示主用户所允许的最大干扰门限。3.一种如权利要求2所述的方法，所述步骤S2的以认知用户的和容量最大化为目标，建立以主用户干扰限制和最大发射功率限制为约束的双变量的有约束优化函数具体包括：以认知用户的和容量最大化为目标，建立两个认知用户的最优发射功率的优化函数，如式(2)所示： ( P 1 B e s t , P 2 B e s t ) = arg m a x P 1 , P 2 Σ i = 1 2 log 2 ( 1 + γ i ) - - - ( 2 ) ]]>式中，γ1和γ2表示第一认知用户和第二认知用户的接收信干噪比，并分别表示为 γ 1 = P 2 | h 21 | 2 P 1 | h 11 | 2 + ( P P | h P 1 | 2 + N 0 ) - - - ( 3 ) ]]> γ 2 = P 1 | h 2 | 2 P 2 | h 22 | 2 + ( P P | h P 2 | 2 + N 0 ) - - - ( 4 ) ]]>式中，h12和h21分别表示第一认知用户和第二认知用户之间的传输信道，hp1和hp2分别表示主用户到第一认知用户和第二认知用户的干扰信道,h11和h22分别表示第一认知用户和第二认知用户的自干扰信道，PP为主用户的发射功率，N0表征噪声功率。认知用户的发送功率不仅需要满足主用户干扰约束，还受最大发射功率的限制，以此建立如下优化函数，如式(5)所示： ( P 1 B e s t , P 2 B e s t ) = arg m a x P 1 , P 2 Σ i = 1 2 log 2 ( 1 + γ i ) s . t . P 1 | h 1 P | 2 + P 2 | h 2 P | 2 ≤ I t h P 1 ≤ P 1 max ; P 2 ≤ P 2 max - - - ( 5 ) ]]>式中，和分别表征第一认知用户和第二认知用户的最大发射功率限制。4.一种如权利要求3所述的方法，所述步骤S3的构建以第一认知用户的发射功率为单变量的无约束优化函数具体包括：首先不考虑最大发射功率限制，对于优化函数(5)，若最优的功率分配方案满足下述条件则必然存在因子ε＞1，使得成立；令则当认知用户以功率及发送信号时，主用户的干扰限制仍然满足，此时第一认知用户与第二认知用户接收信干噪比为 γ ^ 1 = P 2 B e s t | h 21 | 2 P 1 B e s t | h 11 | 2 + 1 ϵ ( P P | h P 1 | 2 + N 0 ) - - - ( 6 ) ]]> γ ^ 2 = P 1 B e s t | h 12 | 2 P 2 B e s t | h 22 ...
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