基于认知无线电的次级基站最佳位置定位和信道选择方法技术

本发明专利技术涉及一种基于认知无线电的次级基站最佳位置定位和信道选择方法，属于移动通信技术领域。所述方法包括：在认知无线电系统中，为次级基站寻找最优的位置并进行最佳的信道选择。使其能在不影响主级系统的正常通讯活动的情况下，最优化次级系统的性能表现。达到最大化整个网络的吞吐量的目的的同时最大化次级基站的覆盖率。本发明专利技术结合粒子群机制为次级基站选择最优的位置和通信信道，在降低了问题的复杂度的情况下优化次级系统的性能表现，同时最大化整个次级系统的吞吐量以及次级基站的覆盖率。本发明专利技术也考虑了用户的服务质量即QoS的问题，能在满足主级用户和次级用户的服务需求的同时提升整个网络的性能表现，有效的利用了资源。

Optimal location and channel selection of secondary base stations based on cognitive radio

The present invention relates to a method for optimum location and channel selection of secondary base stations based on cognitive radio, and belongs to the field of mobile communication technology. The method comprises: in a cognitive radio system, searching for an optimal position for a secondary base station and performing an optimal channel selection. It can optimize the performance of the secondary system without affecting the normal communication activities of the primary system. Maximizing the throughput of the entire network and maximizing the coverage of the secondary base stations. The invention combines particle swarm optimization (PSO) mechanism to select the optimal position and communication channel for the secondary base station, optimizes the performance of the secondary system while reducing the complexity of the problem, and maximizes the throughput of the whole secondary system and the coverage of the secondary base station. The invention also considers the problem of user's quality of service, i. e. QoS. It can improve the performance of the whole network while satisfying the service requirements of primary and secondary users, and effectively utilizes resources.

【技术实现步骤摘要】
基于认知无线电的次级基站最佳位置定位和信道选择方法
本专利技术属于移动通信
，涉及基于认知无线电的次级基站最佳位置定位和信道选择方法。
技术介绍
认知无线电(CognitiveRadioNetworks,CRNs)是1999年由JosephMitola博士提出的。认知无线电可以根据内部和外部的刺激来感知、学习和适应周围的环境。认知无线电网络基于动态频谱分配的策略，允许未经授权的次级用户(SU)在不对已授权的主级用户(PU)造成强烈的干扰的条件下和PU共享频谱。认知无线电网络的成功之处就是在于其不同于传统的固定分配频谱资源的策略，通过动态分配频谱的工作原理可以使得主级用户和次级用户能共享同一个频谱资源。这在当前频谱资源稀缺的环境下，此门技术能有效的提高频谱资源利用率增强频谱和资源分配中，主级用户会和次级用户在SUs不对PUs造成干扰的情况下，与次级用户分享频谱。认知无线电技术由于其工作原理：动态的分配频谱资源，使得主级用户和次级用户能在一定的条件下共享频谱资源，和传统的频谱资源分配方式大有不同，提高了频谱和资源的利用率，而被作为一门有效的改善频谱稀缺问题的技术备受重视。特别是当联邦通信委员会(FederalCommunicationsCommission，FCC)报告，大部分许可频谱利用率不高，造成珍贵的频谱资源大量浪费的情况后，越来越多的研究者们开始引入动态频谱接入(DynamicSpectrumAccess，DSA)作为当前频谱稀缺问题的解决方案。同时，FCC在NPRM.FCC03.322建议规则制定通知书(NoticeofProposedRulemaking，NPR)中将认知无线电技术(CognitiveRadioNetworks，CRNs)作为完成频谱合作和机会共享的备份策略。在认知无线电中，次级用户可以和主级用户在一定的条件下共享频谱资源。动态分配频谱的策略在提升频谱资源利用率的同时也引入了干扰问题。如何在不对主级用户造成干扰的情况下达到次级用户与主级用户共享资源的目的，这一直都是需要被重点解决的问题。目前在认知无线电网络架构中为用户分配资源的问题中，所有的方案都需要在保证主级用户的正常通信下进行。动态资源的分配也带来了一定的资源争夺，无论何种资源分配方法，都需要优先保障主级系统的正常通信活动。专利技术人在研究现有技术的过程中发现其存在如下缺点：现有的基于认知无线电的资源分配方案中，鲜有对次级基站进行最优位置定位的方案提出。而事实上，基站的位置可以直接影响他们对其他相邻用户和基站的干扰。尤其对于次级基站来说，不合适的位置可能会对主级系统造成较大的干扰，同时也弱化了自身系统的性能表现。所以对于次级基站的最优位置的定位更是十分重要。此外，对基站进行最佳的信道分配也会降低不同系统之间的共信道干扰，在有效的利用了有限的频谱资源的同时提升了整个网络的性能。若是能对次级基站的最优位置定位和最佳信道选择进行联合的分配，将能大幅度的从根本上改善整个网络的性能，在有效的进行干扰管理的同时也优化了次级系统的表现。并且，当前存在的信道分配方案中，建立的问题求解方法多繁冗复杂。虽也能达到优化网络的目的，但其中运算维度和耗费的时间成本都很大。如何在降低问题的复杂度的情况下为次级系统进行合理的资源分配，这也是少有方案考虑的。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于在认知无线电网络中，为每一个次级基站进行最优的位置定位和最佳的信道分配，来达到最大化整个系统的吞吐量和最大化次级基站的覆盖率的目的。此外，本专利技术还提出了次级用户出现概率的概念。根据所提出的概念细化了系统模型，针对此模型进行了全面的干扰分析，在干扰管理和降低干扰方面都有所改善。同时，基于所提出的模型，还可使得最终得到的最优分配方案能达到最大化次级基站的覆盖用户数的目的。所述方法也考虑了每一个用户的QoS需求，在保护了主级用户的情况下，优化了次级系统的性能表现。同时，在寻找得到的最优分配方案的过程中，本专利技术结合PSO算法对次级基站的最优位置和最佳信道选择进行联合分配。在降低了问题复杂度的同时有效实现以上需要达成的多重目标。综上，本专利技术不仅提高了频谱资源利用率，还在降低了问题复杂度的情况下优化了整个网络的性能表现。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于认知无线电的次级基站最佳位置定位和信道选择方法，该方法包括以下步骤：S1：对当前的认知无线电网络场景进行全面的分析，针对主级系统中的主级用户、主级基站，次级系统中的次级用户、次级基站分别进行干扰来源分析；其中，对于主级系统，只考虑上端链路；而次级系统使用主级系统的上端链路进行通信；S2：根据次级用户出现概率细化整个场景模型，基于之前整理得到的干扰来源分析推导出基于次级用户和主级用户的不同的SINR公式；S3：根据SINR公式推出每一个次级基站和主级系统的容量公式，根据次级用户出现概率得到当前基站的覆盖率；S4：在上述条件下，通过主级用户和次级用户不同的SINR阈值来排查，即一定要大于或者等于为不同用户设定的SINR阈值，在保护主级用户的情况下，得到最优的次级基站最优位置定位和最佳信道选择的分配方案。进一步，所述步骤S2-S3具体为：当次级基站的位置确定以后，相应的基站覆盖范围也能确定，则根据干扰来源分析推导出使用第j个信道的第k-th次级基站覆盖范围内的第i-th个次级用户的SINR公式为：其中，Psb是当前次级基站的发送功率，hk，i是当前次级用户和次级基站IoT之间的信道增益，Ppu是主级用户的发送功率，是主级用户与次级基站之间的信道增益，{SBj}表示使用第j个信道的次级基站集合，Nu是指第k-th次级基站覆盖的用户数目，Psu是第i-th个次级用户的发送功率，指不包括当前次级系统的其他使用第j个信道的次级用户q与当前第i-th个次级用户的信道增益，表示不包括当前次级基站的其他使用第j个信道的次级基站m与当前第i-th个次级用户的信道增益，{SCm}代表着属于基站m-th所覆盖的用户合集，n0表示噪声；对于主级系统，所有的PUs都分配在主级基站覆盖范围的边缘，即PU接收到的来自PBS的信号是最弱的，同时这些分配在主级基站覆盖范围边缘的主级用户也会对相邻的次级用户造成极大的干扰，在此情况下主级基站的SINR公式为：其中，Ppu是主级用户的发送功率，是当前主级用户与基站的信道增益，分别代表着第l-th主级基站与第l1-th主级用户间的信道增益，是与当前主级系统使用相同信道j的q-th次级用户与第l-th主级基站间的信道增益，是与当前主级系统使用相同信道j的m-th次级基站与第l-th主级基站间的信道增益，{PBj}表示使用第j个信道的主级基站集合，{SBj}表示使用第j个信道的次级基站集合，{SCm}代表着属于基站m-th，所覆盖的用户合集，Psb是次级基站的发送功率，Nu是指第k-th次级基站覆盖的用户数目，n0表示噪声；当前次级系统的容量为：其中，B是指当前频谱的带宽，是第i-th个次级用户的SINR值；在得到每一个次级基站的容量和覆盖的用户数目后，为了保证次级用户的活动不对主级用户造成干扰，对主级用户和次级用户分别设置不同的SINR阈值，以此保障每一个用户的服务需求；优先验证主级用户的SINR值是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于认知无线电的次级基站最佳位置定位和信道选择方法，其特征包括：该方法包括以下步骤：S1：对当前的认知无线电网络场景进行全面的分析，针对主级系统中的主级用户(Primary Users,PUs)、主级基站，次级系统中的次级用户(Secondary Users,SUs)、次级基站(Secondary Base Station,SBS)分别进行干扰来源分析；其中，对于主级系统，只考虑上端链路；而次级系统使用主级系统的上端链路进行通信；S2：根据次级用户出现概率细化整个场景模型，基于之前整理得到的干扰来源分析推导出基于次级用户和主级用户的不同的信干噪比(Signal Interference Nosie Ratio,SINR)公式；S3：根据SINR公式推出每一个SBS和主级系统的容量公式，根据次级用户出现概率得到当前基站的覆盖率；S4：在上述条件下，通过主级用户和次级用户不同的SINR阈值来排查，即一定要大于或者等于为不同用户设定的SINR阈值，在保护主级用户的情况下，得到最优的次级基站最优位置定位和最佳信道选择的分配方案。

【技术特征摘要】
1.基于认知无线电的次级基站最佳位置定位和信道选择方法，其特征包括：该方法包括以下步骤：S1：对当前的认知无线电网络场景进行全面的分析，针对主级系统中的主级用户(PrimaryUsers,PUs)、主级基站，次级系统中的次级用户(SecondaryUsers,SUs)、次级基站(SecondaryBaseStation,SBS)分别进行干扰来源分析；其中，对于主级系统，只考虑上端链路；而次级系统使用主级系统的上端链路进行通信；S2：根据次级用户出现概率细化整个场景模型，基于之前整理得到的干扰来源分析推导出基于次级用户和主级用户的不同的信干噪比(SignalInterferenceNosieRatio,SINR)公式；S3：根据SINR公式推出每一个SBS和主级系统的容量公式，根据次级用户出现概率得到当前基站的覆盖率；S4：在上述条件下，通过主级用户和次级用户不同的SINR阈值来排查，即一定要大于或者等于为不同用户设定的SINR阈值，在保护主级用户的情况下，得到最优的次级基站最优位置定位和最佳信道选择的分配方案。2.根据权利要求1所述的基于认知无线电的次级基站最佳位置定位和信道选择方法，其特征在于：所述步骤S2-S3具体为：当次级基站的位置确定以后，相应的基站覆盖范围也能确定，则根据干扰来源分析推导出使用第j个信道的第k-th次级基站覆盖范围内的第i-th个次级用户的SINR公式为：其中，Psb是当前次级基站的发送功率，hk，i是当前次级用户和次级基站IoT之间的信道增益，Ppu是主级用户的发送功率，是主级用户与次级基站之间的信道增益，{SBj}表示使用第j个信道的次级基站集合，Nu是指第k-th次级基站覆盖的用户数目，Psu是第i-th个次级用户的发送功率，指不包括当前次级系统的其他使用第j个信道的次级用户q与当前第i-th个次级用户的信道增益，表示不包括当前次级基站的其他使用第j个信道的次级基站m与当前第i-th个次级用户的信道增益，{SCm}代表着属于基站m-th所覆盖的用户合集，n0表示噪声；对于主级系统，所有的PUs都分配在主级基站覆盖范围的边缘，即PU接收到的来自PBS的信号是最弱的，同时这些分配在主级基站覆盖范围边缘的主级用户也会对相邻的次级用户造成极大的干扰，在此情况下主级基站的SINR公式为：其中，Ppu是主级用户的发送功率，是当前主级用户与基站的信道增益，分别代表着第l-th主级基站与第l1-th主级用户间的信道增益，是与当前主级系统使用相同信道j的q-th次级用户与第l-th主级基站间的信道增益，是与当前主级系统使用相同信道j的m-th次级基站与第l-th主级基站间的信道增益，{PBj}表示使用第j个信道的主级基站集合，{SBj}表示使用第j个信道的次级基站集合，{SCm}代表着属于基站m-th，所覆盖的用户合集，Psb是次级基站的发送功率，Nu是指第k-th次级基站覆盖的用户...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈前斌，文槿奕，刘云龙，唐伦，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50