法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2019-05-21
未缴年费专利权终止 IPC(主分类):H04W16/10 授权公告日:20150715 终止日期:20180604 申请日:20120604
专利权的终止
2015-07-15
授权
授权
2013-02-27
著录事项变更 IPC(主分类):H04W16/10 变更前: 变更后: 申请日:20120604
著录事项变更
2012-11-21
实质审查的生效 IPC(主分类):H04W16/10 申请日:20120604
实质审查的生效
2012-09-26
公开
公开
技术领域
本发明涉及认知无线电频谱分配领域,更具体地说,是涉及一种认知 无线电网络的动态频谱分配方法。
背景技术
高速增长的宽带无线业务需求对无线网络提出了更高的要求,环境 变化、需求差异、技术进步、业务增长、投资保护等因素造就了众多异 构的无线网络子系统并存的局面,同时无线网络中普遍存在资源静态管 理,条块分割使用等问题,使得可用资源分布高度不均衡、资源短缺和 浪费共存、使用方式不能根据需求和环境的变化动态调整等矛盾日益尖 锐,造成网络资源利用效率低下。这些问题已成为制约无线网络发展的 主要瓶颈。这些现象的产生源于原有无线网络的设计思想:封闭式的静 态网络工作模式。
认知无线电的出现拟解决固定频谱资源分配带来的频谱利用率低 下的问题。认知无线电网络中的认知用户(即CR用户)通过频谱感知 技术判断可用频段,使用频谱判决选择最佳的可用频段,继而采用频谱 分配技术与其他用户协商接入最佳可用频段中进行通信。这要建立在已 授权频段没用或只有很少的通信业务在活动的情况下。在频谱感知技术 和频谱判决所选择的最佳可用频段的基础上,动态频谱分配技术可解决 最佳可用频段如何被CR用户合理利用的问题,现如今相关研究都致力 于两个主要目标,一是最大化网络中可用频谱效用;二是最小化用户间 的总干扰。
认知无线电网络中可用频谱效用主要由认知无线电链路的传输速 率决定,该传输速率由接收机接收到的信号干扰噪声比(SINR)决定的, 而SINR又受现行认知无线电链路发射功率的影响。正由于发射功率在 频谱效用中起到的这种重要作用,认知无线电链路根据当前网络参数动 态地调整发射功率必然可以更有效地使用频谱。因此,提出了基于动态 发射功率的动态频谱分配方法。
目前,虽然将非合作博弈、信息论等算法应用到基于动态发射功率 的动态频谱分配方法中,有效提高了可用频谱的利用率,但CR用户间 的总干扰并没有较为明显的减少。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷,本发明的目的是提供一种认知无线电 网络的动态频谱分配方法。
为达到上述目的,本发明采用如下的技术方案:
一种认知无线电网络的动态频谱分配方法,该动态频谱分配方法包 括以下步骤:
A.在认知无线电网络的密集型Ad ho c体系结构中,计算该网络中 任一认知用户的发射机端在最优功率分布下,该认知用户对非己接收机 端产生的总干扰;
B.通过计算认知无线电网络中的平均最大干扰功率以及实际测量 的网络容量和理论网络容量之比,获得接入筛选阈值;
C.当步骤A中任一认知用户对非己接收机端产生的总干扰大于或 等于步骤B的接入筛选阈值时,则不允许该认知用户接入可用频谱;
当步骤A中任一认知用户对非己接收机端产生的总干扰小于步骤B 的接入筛选阈值时,则允许该认知用户接入可用频谱。
所述步骤A进一步包括以下步骤:
A1.在认知无线电网络中,任一认知用户在网络允许的最小发射功 率以及最大发射功率范围内,计算该认知用户的频谱效用;
A2.任意给定t=0时刻的初始功率分布和代价函数值进行功率和代 价异步牵制迭代算法;
A3.通过功率和代价函数的牵制关系,计算该认知用户发射机端的 最优发射功率;
A4.计算该认知用户对其非己接收机端产生的总干扰。
所述步骤A1中任一认知用户的频谱效用为:
假设认知无线电网络中有M个认知用户,认知用户i的发射机与认 知用户j的接收机之间的距离为dij,将认知用户i的发射机到认知用 户j的接收机这段链路记为认知链路即CR链路(i,j),则根据只考虑 链路损耗的信道模型,将CR链路(i,j)的增益定义为hij=1/dijα,其 中,α为链路功率损耗指数,α≥2;
为认知用户i在接收机端的信号干扰噪声比;n0为背景噪 声功率;B为可用频谱带宽;CR链路(i,i)的增益hii、CR链路(j, i)的增益hji,通常,hij≠hji;θi为CR用户i使用频谱的概率,满足 为M个认知用户的一组发射功率向量,且每个 认知用户i的发射功率pi限制在[pimin,pimax]范围内,pimin和pimax分别为 网络允许的最小和最大发射功率。
所述步骤B进一步包括以下步骤:
B1.当认知无线电网络中的每个认知用户在其发射机端以最大发射 功率发射信号时,将每个认知用户的发射机对其非己接收机端的最大总 干扰求和;
B2.将求和后的数值除以认知无线电网络中认知用户的个数,获得 平均最大干扰功率;
B3.将平均最大干扰功率除以实际测量的网络容量和理论网络容量 的比值,获得接入筛选阈值。
本发明的一种认知无线电网络的动态频谱分配方法适用于认知无 线电网络Ad hoc体系结构,通过功率和代价异步牵制算法使每个CR 用户的发射功率收敛于最优功率分布;然后通过接入筛选机制,计算出 通过计算接入筛选阈值,将其与每个CR用户对其非己接收机端产生的 总干扰相比较,从而决定可接入频谱进行通信的CR用户,达到了对网 络频谱高效利用的情况下,有效降低CR用户间总干扰的目标。
本发明的一种认知无线电网络的动态频谱分配方法基于网络中的 距离数据,选用以SINR为自变量的对数函数作为CR用户的频谱效用函 数,通过发射功率和代价异步牵制算法,使得CR用户的发射功率收敛 于最优功率分布。通过增设接入筛选机制,以计算出的接入筛选阈值作 为比较依据,对CR用户接入频谱的情况进行筛选。
综上所述,本发明运用功率和代价异步牵制方法首先使CR用户的 发射功率收敛于最优功率分布,再增设接入筛选机制阻止了干扰较大的 CR用户接入频谱进行传输,在保证较高频谱效用的同时有效降低了CR 用户间总干扰。相对于仅基于动态发射功率的动态频谱分配方法,该方 法能更有效地降低CR用户间总干扰。
附图说明
图1为本发明的实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
请参阅图1所示的一种认知无线电网络的动态频谱分配方法,该动 态频谱分配方法包括以下步骤:
A.在认知无线电网络的密集型Ad hoc体系结构中,计算该网络中 任一认知用户的发射机端在最优功率分布下,该认知用户对非己接收机 端产生的总干扰;
B.通过计算认知无线电网络中的平均最大干扰功率以及实际测量 的网络容量和理论网络容量之比,获得接入筛选阈值;
C.当步骤A中任一认知用户对非己接收机端产生的总干扰大于或 等于步骤B的接入筛选阈值时,则不允许该认知用户接入可用频谱;
当步骤A中任一认知用户对非己接收机端产生的总干扰小于步骤B 的接入筛选阈值时,则允许该认知用户接入可用频谱。
所述步骤A进一步包括以下步骤:
A1.在认知无线电网络中,任一认知用户在网络允许的最小发射功 率以及最大发射功率范围内,计算该认知用户的频谱效用;
A2.任意给定t=0时刻的初始功率分布和代价函数值进行功率和代 价异步牵制迭代算法,如下式:
其中,t为迭代次数,i=1,2,…,M;当pi(t+1)-pi(t)<ε时,牵 制迭代算法结束,ε为牵制精度。此时,每个CR用户在发射机端的发 射功率将收敛于最优功率分布,从而最大化网络频谱效用。需要说明的 是,其它参数的定义参照以下频谱效用公式的定义。
A3.通过功率和代价函数的牵制关系,计算该认知用户发射机端的 最优发射功率;
A4.计算该认知用户对其非己接收机端产生的总干扰Ii为:
需要说明的是,其它参数的定义参照以下频谱效用公 式的定义。
所述步骤A1中任一认知用户的频谱效用为:
假设认知无线电网络中有M个认知用户,认知用户i的发射机与认 知用户j的接收机之间的距离为dij,将认知用户i的发射机到认知用 户j的接收机这段链路记为CR链路(i,j),则根据只考虑链路损耗的 信道模型,将CR链路(i,j)的增益定义为hij=1/dijα,其中,α为 链路功率损耗指数,根据认知无线电网络和Ad hoc标度律,α≥2时 是合理的。
为认知用户i在接收机端的信号干扰噪声比;n0为背景噪 声功率;B为可用频谱带宽;CR链路(i,i)的增益hii、CR链路(j, i)的增益hji,通常,hij≠hji;θi为CR用户i使用频谱的概率,满足 为M个认知用户的一组发射功率向量,且每个 认知用户i的发射功率pi限制在[pimin,pimax]范围内,pimin和pimax分别为 网络允许的最小和最大发射功率。
改变了现有技术中将每个θ都赋予相同值的无差别性,具 有提高实际网络中用户对不同空闲频谱使用状况的自适应性的效果。
所述步骤B进一步包括以下步骤:
B1.当认知无线电网络中的每个认知用户在其发射机端以最大发射 功率发射信号时,将每个认知用户的发射机对其非己接收机端的最大总 干扰求和;
B2.将求和后的数值除以认知无线电网络中认知用户的个数,获得 平均最大干扰功率;
B3.将平均最大干扰功率除以实际测量的网络容量和理论网络容量的 比值,获得接入筛选阈值。
为了更进一步说明上述的步骤B,现展开如下:
a.一方面,CR用户i发射机与CR用户j接收机的距离dij越短,链 路增益hij越大,CR用户j接收到的干扰功率越大;另一方面,当在CR 用户i发射机端以最大发射功率pimax发射信号时,相同链路增益下,在 CR用户j接收机端接收到的干扰功率最大;因此,CR用户i的发射机 对其非己接收机端的最大总干扰定义为:Iimax=pimax·max{hij,j≠i}, i=1,2,…,M;
b.为使计算出的接入筛选阈值pth对每个CR用户来说都具有普遍可 比性,先计算平均最大干扰功率Paverage,即对M个Iimax求和后除以M。 Paverage反映了各CR用户的发射机对其非己接收机端最大干扰功率的平 均水平;此外,在CR用户发射机根据实际测量的网络容量和理论网络 容量之比ρ,计算接入筛选阈值pth=paverage/ρ。
本发明基于动态发射功率的动态频谱分配方法,增设了接入筛选机 制,通过计算出最大干扰功率阈值,对CR用户进行频谱接入前筛选。 本发明在保证较高网络频谱效用的同时,有效降低了CR用户间总干扰。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到,以上的实施例仅是用来 说明本发明的目的,而并非用作对本发明的限定,只要在本发明的实质 范围内,对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的 范围内。
机译: 认知无线电网络中动态频谱分配的方法
机译: 认知无线电网络中可变带宽动态频谱分配的方法和装置
机译: 认知无线电网络中可变带宽动态频谱分配的方法和装置