一种基于混合式频谱共享的带宽功率联合优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于混合式频谱共享的带宽功率联合优化方法，该方法将功率控制与带宽分配相结合，Overlay和Underlay两种系统相结合通过将最优化方法分解成两个子优化方法，逐一求解子优化目标从而实现了带宽和功率的联合合理分配。本发明专利技术通过引入混合频谱共享机制，将频谱使用方式多样化，以提高频谱的利用率。同时本发明专利技术考虑了带宽的优化问题，采用了带宽功率联合优化的方法，提高了带宽的利用率，优化了发射功率，提高了系统性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，应用于无线通信
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技术介绍
为了解决无线通信中频谱资源分配问题,认知无线电(cognitive radio, CR)是在软件无线电技术的基础上，增加了检测需求并主动改变功能的能力，最终使得无线终端设备能够自适应外界环境和自身需要变化。目前，OFDM是集中式管理频谱资源利用率最高的技术，比较容易实现频谱资源控制管理，也是宽带无线通信系统关键技术之一。频谱共享即是认知用户可在不给授权用户造成不可接受的干扰的前提下，在授权频段利用频谱空闲时段进行传输。频谱共享主要有重叠式共享和交叉式共享。在重叠式共享中，可以通过功率控制的方法来消除系统间的干扰问题，同时认知用户既可以使用非活跃的授权用户频段，又可以使用活跃的授权用户频段。而交叉式共享是在没有干扰限制的条件下，保证认知用户机会地使用且只能使用非活跃下的授权用户频段来提高频谱使用率。Bansal等人基于混合式频谱共享对载波和功率分配算法进行优化，算法复杂度低，但是并未考虑到信道感知误差。张晶等提出基于混合式频谱共享的功率分配方案，系统容量得到改善，但是对于用户带宽的不同需求未作研究，仅假设认知用户的带宽相同的简单情况，造成带宽不同程度的浪费。本专利技术是基于混合式频谱共享进行带宽功率联合优化，在保证通信质量的前提下，能满足不同带宽需求，充分利用带宽。
技术实现思路
针对以上现有技术的不足，本专利技术提供。本专利技术采用下述技术方案:包括如下步骤:I)认知用户接入网络，探测提供给认知用户的可用带宽内的频段是否存在空闲频段；2)如果存在空闲频段:a)认知用户采用overlay方式进行带宽功率联合优化；b)监听信道是否存在授权用户的接入:(I)不存在授权用户接入网络，返回第2)步；(2)存在授权用户接入网络，则释放，不再占用信道，采用underlay方式进行带宽功率联合优化，即第3)步；3)如果不存在空闲频段:a)采用underlay方式进行带宽功率联合优化；b)监听信道是否存空闲频段:(I)不存在空闲频段，返回第3)步；(2)存在空闲频段，调整优化策略，采用overlay方式进行带宽功率联合优化；4)认知用户退出网络。本专利技术的有益效果如下:本专利技术通过引入混合频谱共享机制，将频谱使用方式多样化，以提高频谱的利用率。本专利技术同时考虑了带宽的优化问题，采用了带宽功率联合优化的方法，提高了带宽的利用率，优化了发射功率，提高了系统性能。【附图说明】图1:流程图；图2(a):三维方式下认知用户总信道容量关于最大发射功率的变化曲线；图2(b): 二维方式下认知用户总信道容量关于最大发射功率的变化曲线；图3:认知用户总信道容量关于带宽的变化曲线；图4:认知用户总信道容量关于认知用户数量的变化曲线；图5:认知用户频 谱使用率关于带宽的变化曲线。【具体实施方式】本方法对认知无线电中重叠式共享和交叉式共享两种传统共享方式进行研究改进，保证了混合式频谱共享方式的可行性。采用带宽功率联合优化的方式，对带宽和功率同时进行优化。采用了理论分析、可行性论证和计算机仿真结合的方法，从理论和实践方面验证了所提出的方案。1、系统模型我们考虑一个频谱共享的集中式认知无线电网络，网络中有一对授权用户通信系统和N个认知用户，授权用户的位置固定，而认知用户则在小区中随机均匀的分布。网络中的认知用户采用频分多址(frequency decision multiple access, FDMA)的方式进行频谱接入，每个认知用户进行信息传输时使用的频带与其他认知用户不重叠。为了简化计算，我们假设信道环境为最基本的AWGN信道。认知用户所有的接入、等待和切换都由集中式网络中的中央控制器负责。当认知用户需要接入网络时，若存在空闲频段，则采用Overlay频谱共享方式；若没有空闲频段，则采用Underlay频谱共享方式；若所有频段都处于忙碌状态，则采用选择等待或者拒绝。同时定义切换策略，所有接入的认知用户周期性的感知周围环境，处于Overlay状态的用户感知到授权用户的接入时，切换到其他空闲状态或者切换成Underlay状态。由于用户会在Underlay和Overlay系统之间来回切换,所以称之为混合式频谱共享。假设认知用户SUi到授权用户的链路增益为hi;认知用户SUi发射端到其对应的接收端(基站)的链路增益为gi，授权用户的总带宽为B，分配给每个认知用户SUi的带宽为Bi,则带宽分配约束可以写为: N^Bt<B(I) 1-?假设认知用户SUi的处于Overlay状态下的发射功率为;处于Underlay状态下的发射功率为#;5胃，且同时受到发射装置和干扰温度两个方面的约束:即认知用户的瞬时峰值发射功率小于认知用户发射器的发射功率限制；认知用户的发射功率对授权用户产生的总干扰应该小于一个门限值Qmax。则发射功率的数学模型可以写成:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于混合式频谱共享的带宽功率联合优化方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：1）认知用户接入网络，探测提供给认知用户的可用带宽内的频段是否存在空闲频段；2）如果存在空闲频段：a）认知用户采用overlay方式进行带宽功率联合优化；b）监听信道是否存在授权用户的接入：（1）不存在授权用户接入网络，返回第2）步；（2）存在授权用户接入网络，则释放信道，采用underlay方式进行带宽功率联合优化，即第3步；3)如果不存在空闲频段：a)采用underlay方式进行带宽功率联合优化；b)监听信道是否存空闲频段：（1）不存在空闲频段，返回第3步；（2）存在空闲频段，调整优化策略，采用overlay方式进行带宽功率联合优化；4)认知用户退出网络。

【技术特征摘要】
1.一种基于混合式频谱共享的带宽功率联合优化方法，其特征在于:该方法包括如下步骤: 1)认知用户接入网络，探测提供给认知用户的可用带宽内的频段是否存在空闲频段； 2)如果存在空闲频段: a)认知用户采用overlay方式进行带宽功率联合优化； b)监听信道是否存在授权用户的接入: (1)不存在授权用户接入网络，返回第2)步； (2)存...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵军辉，杨涛，曾龙基，杜家娇，王娇，张浩，刘旭，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11