多跳认知无线网络频谱分配方法组成比例

一种多跳认知无线网络频谱分配方法，应用于含有源节点、中继节点和目的节点的OFDM中继链路，每帧划分为周期相等的两个时隙，所述方法包括：根据无线网络链路的特征信息分别建立两个所述时隙的非合作博弈模型；计算所述非合作博弈模型在无约束条件下的最优解：无约束最优用户通信速率向量、无约束最优总发射功率分配向量；根据所述最优解与用户通信速率及所述源节点和所述中继节点的总发射功率或各自的发射功率的约束条件的对应关系确认并输出最优用户通信速率向量和最优功率分配向量。本发明专利技术能够在满足各项约束条件情况下自适应分配资源，得到全局最优解，同时还可以保证链路传输可靠性，降低链路的中断概率和算法实现复杂度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信
，特别是涉及一种多跳认知无线网络频谱分配方法。
技术介绍
随着无线通信技术的快速发展，无线通信网络出现带宽化、业务多样化、网络异构化的趋势，频谱资源的有效利用成为非常重要和亟待解决的问题。认知无线电作为一种新型的通信技术，能够感知周围的无线电环境，通过智能学习，自适应地改变其载波频率、传输功率和调制技术等参数，从而提高频谱利用率。多跳认知无线网络可以扩大通信网络覆盖范围，具有提高网络吞吐量，增强链路传输可靠性等优点，其使用认知无线电技术，灵活动态地使用多个信道能有效提高网络性能因而受到广泛研究。中国专利技术专利CN103281695A公开了一种多跳中继网络频谱规划方法。该方法针对OFDMA多跳中继网络，综合考虑用户的速率需求、信道质量和干扰情况，以能效为优化目标提供一种基于能效的动态频谱规划方法。该专利技术对用户不均匀分布场景有一定的适应性，该专利技术不足之处在于未考虑通信系统或节点存在功率约束的情形，也没有考虑频谱如何划分的问题。
技术实现思路
鉴于上述状况，本专利技术提供一种多跳认知无线网络频谱分配方法，针对源节点和中继节点总发射功率或各自节点的发射功率的约束条件，自适应地分配频谱资源。一种多跳认知无线网络频谱分配方法，应用于含有源节点、中继节点和目的节点的OFDM中继链路，每帧划分为周期相等的两个时隙，所述方法包括：根据无线网络链路的特征信息分别建立两个所述时隙的非合作博弈模型；计算所述非合作博弈模型在无约束条件下的最优解：无约束最优用户通信速率分配向量、无约束最优发射功率分配向量；根据所述最优解与用户通信速率及所述源节点和所述中继节点的总发射功率或各自的发射功率的约束条件的对应关系确认并输出最优用户通信速率向量和最优功率分配向量。本专利技术针对传输节点总发射功率和节点各自发射功率约束的两种情况下，分别提出基于子载波配对的多跳认知无线网络能效最大化频谱分配算法。该算法在Overlay频谱共享方式下，综合考虑电路功率消耗、发射功率和速率因素，通过博弈论的方法求出多跳认知无线网络最优频谱分配方案。本专利技术能够在满足各项约束条件情况下自适应分配资源，得到全局最优解，同时还可以保证链路传输可靠性，降低链路的中断概率和算法实现复杂度。上述多跳认知无线网络频谱分配方法，其中，所述特征信息包括系统电路功率PC能耗、所述用户通信速率C(R)和所述总发射功率PT(R)，所述非合作博弈模型为：其中，R为任意用户通信速率向量。上述多跳认知无线网络频谱分配方法，其中，计算所述非合作博弈模型在无约束条件下的最优解的方法为：采用二分查找辅助上升算法求解非合作博弈模型在无约束条件下的最优解。上述多跳认知无线网络频谱分配方法，其中，针对受用户通信速率及源节点和所述中继节点的总发射功率的约束情况时，所述约束条件条件为：PT(R)≤Pmax；C(R)≥Rmin；其中，PT(R)和C(R)分别表示在用户通信速率向量为R时，所述源节点和所述中继节点的总发射功率和用户通信速率，Pmax和Rmin分别表示最大总发射功率和最小用户通讯速率需求。上述多跳认知无线网络频谱分配方法，其中，所述确认并输出最优用户通信速率向量和最优功率分配向量的步骤包括：判断无约束最优用户通信速率向量R*对应的总发射功率PT(R*)和用户通信速率C(R*)是否满足所述约束条件；根据判断结果确定并输出最优用户通信速率向量R*和最优功率分配向量P*：当PT(R*)≤Pmax，C(R*)≥Rmin时，所述最优用户通信速率向量Ropt和最优功率分配向量Popt分别为R*和P*；当PT(R*)≤Pmax，C(R*)＜Rmin时，提高总发射功率，以满足C(R*)≥Rmin，并利用注水算法计算得出最优用户通信速率向量Ropt和功率分配向量和Popt；当PT(R*)＞Pmax，C(R*)≥Rmin时，降低总发射功率，以满足PT(R*)≤Pmax，并利用注水算法计算得出最优用户通信速率向量和功率分配向量Ropt和Popt；当PT(R*)＞Pmax，C(R*)＜Rmin时，链路中断。上述多跳认知无线网络频谱分配方法，其中，当所述最优用户通信速率向量Ropt对应的总发射功率PT(Ropt)满足关系式PT(Ropt)＞Pmax，或所述最优用户通信速率C(Ropt)满足关系式C(Ropt)＜Rmin时，链路中断。上述多跳认知无线网络频谱分配方法，其中，针对受用户通信速率及源节点和中继节点各自节点的发射功率约束的情况时，所述约束条件为：C1:C2:C3:C(R)≥RminR为任意给定的用户通信速率向量，和分别为源节点S和中继节点R的节点的发射功率，和分别为源节点S和中继节点R的节点的最大发射功率。上述多跳认知无线网络频谱分配方法，其中，所述确认并输出最优用户通信速率向量和最优功率分配向量的步骤包括：分别计算源节点S和中继节点R无约束最优用户通信速率向量R*对应的节点发射功率和判断所述节点发射功率和以及用户通信速率C(R*)是否满足所述约束条件，并根据判断结果和确定并输出最优用户通信速率向量和最优功率分配向量：当和C(R*)≥Rmin时，则最优用户通信速率向量、源节点S和中继节点R的最优功率分配向量分别表示为Ropt＝R*、和当和C(R*)＜Rmin时，提高总发射功率，以满足C(R*)≥Rmin，并采用注水算法得出源节点S和中继节点R的最优功率分配向量和以及最优用户通信速率向量Ropt；当和C(R*)≥Rmin时，降低源节点S的发射功率，以满足并采用注水算法得出源节点S和中继节点R的最优功率分配向量和以及最优用户通信速率向量Ropt；当和C(R*)≥Rmin时，降低中继节点R的发射功率，以满足并采用注水算法得出源节点S和中继节点R的最优功率分配向量和以及最优用户通信速率向量Ropt；当和C(R*)＞Rmin时，需降低总发射功率，以满足并采用注水算法得出源节点S和中继节点R的最优功率分配向量和以及最优用户通信速率向量Ropt；当和C(R*)＜Rmin时，链路发生中断。上述多跳认知无线网络频谱分配方法，其中，当所述最优用户通信速率向量Ropt对应的源节点S的最优发射功率满足或中继节点R的最优发射功率满足或所述最优用户通信速率C(Ropt)满足C(Ropt)<Rmin时，链路发生中断。附图说明图1为本专利技术实施例一提供的多跳认知无线网络频谱分配方法的结构框图；图2为本专利技术实施例二提供的多跳认知无线网络频谱分配方法的结构框图；图3为本专利技术实施例三提供的多跳认知无线网络频谱分配方法的结构框图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。实施例一请参阅图1，为本专利技术实施例一提供一种多跳认知无线网络频谱分配方法，应用于含有源节点、中继节点和目的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多跳认知无线网络频谱分配方法，应用于含有源节点、中继节点和目的节点的OFDM中继链路，每帧划分为周期相等的两个时隙，其特征在于，所述方法包括：根据无线网络链路的特征信息分别建立两个所述时隙的非合作博弈模型；计算所述非合作博弈模型在无约束条件下的最优解：无约束最优用户通信速率向量和无约束最优发射功率分配向量；根据所述最优解与用户通信速率及所述源节点和所述中继节点的总发射功率或各自的发射功率的约束条件的对应关系确认并输出最优用户通信速率向量和最优功率分配向量。

【技术特征摘要】
1.一种多跳认知无线网络频谱分配方法，应用于含有源节点、中继节点和目的节点的OFDM中继链路，每帧划分为周期相等的两个时隙，其特征在于，所述方法包括：根据无线网络链路的特征信息分别建立两个所述时隙的非合作博弈模型；计算所述非合作博弈模型在无约束条件下的最优解：无约束最优用户通信速率向量和无约束最优发射功率分配向量；根据所述最优解与用户通信速率及所述源节点和所述中继节点的总发射功率或各自的发射功率的约束条件的对应关系确认并输出最优用户通信速率向量和最优功率分配向量。2.如权利要求1所述的多跳认知无线网络频谱分配方法，其特征在于，所述特征信息包括系统电路功率PC能耗、所述用户通信速率C(R)和所述总发射功率PT(R)，所述非合作博弈模型为：U(R)=C(R)PC+12PT(R)]]>其中，R为任意用户通信速率向量。3.如权利要求2所述的多跳认知无线网络频谱分配方法，其特征在于，计算所述非合作博弈模型在无约束条件下的最优解的方法为：采用二分查找辅助上升算法求解非合作博弈模型在无约束条件下的最优解。4.如权利要求2所述的多跳认知无线网络频谱分配方法，其特征在于，针对受用户通信速率及所述源节点和中继节点的总发射功率的约束情况时，所述约束条件条件为：PT(R)≤Pmax；C(R)≥Rmin；其中，PT(R)和C(R)分别表示在用户通信速率向量为R时，所述源节点和所述中继节点的总发射功率和用户通信速率，Pmax和Rmin分别表示最大总发射功率和最小用户通讯速率需求。5.如权利要求4所述的多跳认知无线网络频谱分配方法，其特征在于，所述确认并输出最优用户通信速率向量和最优功率分配向量的步骤包括：判断无约束最优用户通信速率向量R*对应的总发射功率PT(R*)和用户通信速率C(R*)是否满足所述约束条件；根据判断结果确定并输出最优用户通信速率向量R*和最优功率分配向量P*：当PT(R*)≤Pmax，C(R*)≥Rmin时，所述最优用户通信速率向量Ropt和最优功率分配向量Popt分别为R*和P*；当PT(R*)≤Pmax，C(R*)＜Rmin时，提高总发射功率，以满足C(R*)≥Rmin，并利用注水算法计算得出最优用户通信速率向量Ropt和功率分配向量和Popt；当PT(R*)＞Pmax，C(R*)≥Rmin时，降低总发射功率，以满足PT(R*)≤Pmax，并利用注水算法计算得出最优用户通信速率向量和功率分配向量Ropt和Popt；当P...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘觉夫，王建旭，黄德昌，王作航，刘斌，杨亚辉，李波，林伟龙，李小俊，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：江西;36