【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线通信
，涉及认知用户功率分配及授权用户安全传输方案设计，具体涉及一种认知无线网络中面向授权用户安全传输的功率分配方法。
技术介绍
随着无线设备及无线传输需求的增加，可用无线频谱资源越来越短缺。然而传统的固定频谱分配方案没有考虑到用户在空间和时间上使用频谱的差异，造成了频谱资源的浪费。认知无线电技术允许没有授权频谱的认知用户使用空闲或未被充分利用的无线频谱资源，从而提高频谱利用率。在认知无线电网络中，认知用户采用频谱感知的方法获得频谱机会。但是由于感知错误的存在，认知用户的性能受到了很大的影响。考虑到认知用户的传输也可以干扰到授权用户的窃听端，保护了授权用户的安全传输。因而，授权用户可以允许一定概率的感知错误存在，来换取认知用户的协助安全传输。通过最优的分配认知用户的功率，授权用户的安全性能得到保证，并且认知用户的传输速率得以提升。通过认知用户的协助，授权用户安全性能得到保证。因而授权用户允许一定的感知错误概率的存在，因此相对于已有方案，认知用户的传输速率得以提升。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种认知无线网络中面向授权用户安全传输的功率分配方法，该方法能有效提高认知用户的传输速率，同时保证授权用户的安全传输。本专利技术是通过以下技术方案来实现：认知用户采用Overlay方案接入信道，在授权用户安全中断概率约束下，最优的分配功率，具体实施步骤如下：1)认知用户首先对信道进行感知，根据感知结果，得到四种系统状态；2)针对每一种系统状态，计算授权用户的安全速率和认知用户的传输速率，根据四种系统状态分析，得到认知用户的平均传输速率以...
【技术保护点】
一种认知无线网络中面向授权用户安全传输的功率分配方法，其特征在于，认知用户采用Overlay方案接入信道，在授权用户安全中断概率约束下，最优的分配功率，具体实施步骤如下：1)认知用户首先对信道进行感知，根据感知结果，得到四种系统状态；2)针对每一种系统状态，计算授权用户的安全速率和认知用户的传输速率，根据四种系统状态分析，得到认知用户的平均传输速率以及授权用户的安全平均安全中断概率；3)在授权用户平均安全中断概率的约束下，最优分配认知用户传输功率以最大化认知用户的平均传输速率并得到相应的优化问题，针对此优化问题，采用对偶分解的算法进行求解并得到最优的传输功率。
【技术特征摘要】
1.一种认知无线网络中面向授权用户安全传输的功率分配方法，其特征在于，认知用户采用Overlay方案接入信道，在授权用户安全中断概率约束下，最优的分配功率，具体实施步骤如下：1)认知用户首先对信道进行感知，根据感知结果，得到四种系统状态；2)针对每一种系统状态，计算授权用户的安全速率和认知用户的传输速率，根据四种系统状态分析，得到认知用户的平均传输速率以及授权用户的安全平均安全中断概率；3)在授权用户平均安全中断概率的约束下，最优分配认知用户传输功率以最大化认知用户的平均传输速率并得到相应的优化问题，针对此优化问题，采用对偶分解的算法进行求解并得到最优的传输功率。2.根据权利要求1所述的一种认知无线网络中面向授权用户安全传输的功率分配方法，其特征在于，认知用户首先对信道进行感知，根据感知结果，得到四种系统状态，具体实施步骤如下：采用能量检测方法对系统状态进行检测，其虚警概率及检测概率为： p f = Q ( ( ϵ σ 2 - 1 ) τf s ) , p d = Q ( ( ϵ σ 2 - γ - 1 ) τf s 2 γ + 1 ) ; ]]>其中，γ为接收信噪比，fs为采样频率，ε为检测门限，σ2＝1为噪声方差，根据感知结果和信道状态使用情况，系统共有四种状态，分别为：频谱空闲且检测为空闲；频谱占用但检测为空闲；频谱空闲但检测为占用；频谱占用且检测为占用。3.根据权利要求1所述的一种认知无线网络中面向授权用户安全传输的功率分配方法，其特征在于，针对每一种系统状态，计算授权用户的安全速率和认知用户的传输速率，根据四种系统状态分析，得到认知用户的平均传输速率以及授权用户的安全平均安全中断概率，具体实施步骤如下：1)状态0：信道空闲且检测空闲，其概率为P0＝P(H0)(1-pf)其中H0表示此时信道为空闲，P(H0)表示信道空闲的概率，此时认知用户接入网络获得的传输速率为 R s ( 0 ) = ( T - τ ) log 2 ( 1 + g s a p s ( 0 ) ) ]]>其中表示认知用户在状态0的传输功率，gsa表示认知用户发送端到接收端的信道功率增益，此时授权用户的安全速率为零；2)状态1：信道占用但检测为空闲，其概率为：P1＝P(H1)(1-pd)其中H1表示此时信道为空闲，P(H1)表示信道空闲的概率，此时的传输速率为： R s ( 1 ) = ( T - τ ) log 2 ( 1 + g s a p s ( 1 ) 1 + g t a P b ) ]]>其中表示认知用户在状态1的传输功率，gta表示授权用户发送端到认知用户接收端的信道功率增益，Pb为授权用户的发射功率；此时认知用户的传输也将干扰授权用户的窃听端，此时授权用户的安全速率为： R b ( 1 ) = ( τlog 2 ( 1 + g t r P b ) - T log 2 ( 1 + g t e P b 1 + g s e p s ( 1 ) ) + ( T - τ ) log 2 ( 1 + g t r P b 1 + g s r p s ( 1 ) ) ) + ]]>其中gtr表示授权用户发送端到接收端的信道功率增益，gte表示授权用户发送端到窃听端的信道功率增益，gse表示认知用户发送端到窃听端的信道功率增益，gsr表示认知用户发送端到授权用户接收端的信道功率增益，T为一帧长度；3)信道空闲，但检测为占用，其概率为：P2＝P(H0)pf此时，认知用户传输获得速率为： R s ( 2 ) = ( T - τ ) log 2 ( 1 + g s a p s ( 2 ) ) ]]>其中表示认知用户在状态2的传输功率，此时授权用户的安全速率为零；4)信道占用且检测为占用：其概率为：P3＝P(H1)pd此时，认知用户的传输速率为： R s ( 3 ) = ( T - τ ) log 2 ( 1 + g s a p s ( 3 ) 1 + g t a P b ) ]]>其中表示认知用户在状态2的传输功率，此时授权用户的安全传输速率为： R b ( 3 ) = ( τlog 2 ( 1 + g t r P b ) - T log 2 ( 1 + g t e P b 1 + g s e p s ( 3 ) ) + ( T - τ ) log 2 ( 1 + g t r P b 1 + g s r p s ( 3 ) ) ) + ]]>认知用户的平均传输速率为： R s = E ( R s ( 0 ) P 0 + R s ( 1 ) P 1 + R s ( 2 ) P 2 + R s ( 3 ) P 3 ) = E ( R s ( 0 ) ) P 0 + E ( R s ( 1 ) ) P 1 + E ( R s ( 2 ) ) P 2 + E ( R s ( 3 ) ) P 3 ]]>其中E(·)表示期望操作，在认知用户的干扰下，授权用户的平均安全中断概率为： P sec o u t = Pr ( R b ( 1 ) ≤ R sec ) P 1 + Pr ( R b ( 3 ) ≤ R sec ) P 3 ]]>4.根据权利要求1所述的一种认知无线网络中面向授权用户安全传输的功率分配方法，其特征在于，在授权用户平均安全中断概率的约束下，最优分配认知用户传输功率以最大化认知用户的平均传输速率并得到相应的优化问题；针对此优化问题，采用对偶分解的算法进行求解并得到最优的传输功率，具体实施步骤如下：在授权用户平均安全中断概率的约束下，最大化认知用户的传输速率，得到以下优化问题： P 1 : m a x p s ( i ) , i = 0 , 1 , 2 , 3 R s ]]> s . t . P sec o u t ≤ P t h , P s n a v e ≤ P a v , 0 ≤ p s ( i ) ≤ P s , i = 0 , 1 , 2 , 3 ]]>其中Pth为最大安全中断概率约束，Pav为认知用户的平均功率约束，Ps为认知用户的最大传输功率，为认知用户的平均传输功率： P s n a v e = T - τ T ( E ( p s ( 0 ) ...
【专利技术属性】
技术研发人员：任品毅，王大伟，杜清河，孙黎，王熠晨，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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