專利名稱：一種基于干擾溫度的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)功率分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)資源分配技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及一種基于干擾溫度的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)功率分配方法。
背景技術(shù)：
認(rèn)知無線電(Cognitive Radio, CR)是一種提高頻譜資源利用率的無線電技術(shù)， 其核心思想是CR具有學(xué)習(xí)能力，能與周圍環(huán)境交互信息，以感知和利用在該空間的可用頻譜，并限制和降低沖突的發(fā)生。認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中主要包括兩類用戶主用戶或稱為授權(quán)用戶，即擁有頻譜管理機(jī)構(gòu)授權(quán)使用某段頻譜資格的用戶；認(rèn)知用戶或稱為二級用戶，即不具有頻譜管理機(jī)構(gòu)授權(quán)使用某段頻譜的授權(quán)許可，但是通過采用認(rèn)知無線電技術(shù)，在不影響授權(quán)用戶的情況下可以使用該段頻譜的用戶。感知頻譜環(huán)境是認(rèn)知無線電的首要任務(wù)，因?yàn)檎J(rèn)知無線電最顯著的特征是能感知并分析特定區(qū)域的頻段并找出適合通信的頻譜空穴。 這里的頻譜空穴(也稱空閑頻譜或白空間)是指已經(jīng)授權(quán)的頻段，但在特定時(shí)間和空間里沒有被主用戶使用，此時(shí)認(rèn)知用戶在不對主用戶造成干擾的前提下可以接入此頻段從而達(dá)到資源共享。在資源受限的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中，如何提高認(rèn)知用戶網(wǎng)絡(luò)的資源利用率是一個(gè)值得考慮的問題，而認(rèn)知用戶利用頻譜空穴的同時(shí)不對主用戶造成干擾的研究重點(diǎn)之一在于，對認(rèn)知無線電系統(tǒng)的功率控制方面。該研究主要存在基于對策論即博弈論和基于信息論的反復(fù)注水法兩種解決方案。這兩種方案主要側(cè)重在不同的方面，基于博弈論的研究主要是為了去解決認(rèn)知用戶在共同使用相互沖突的頻段時(shí)的功率控制問題；而基于功率注水的方案主要是用來解決正交的資源上分配功率的問題。這兩種方案研究已經(jīng)比較深入， 但是隨和認(rèn)知用戶數(shù)增加計(jì)算迭代次數(shù)加大，復(fù)雜度較高。針對資源分配的非線性規(guī)劃問題的求解有多種算法，常用的有最速下降法、共軛方向法、簡約梯度法和懲罰函數(shù)法。其中最速下降法和共軛方向法用于求解無約束的非線性規(guī)劃問題，懲罰函數(shù)法和簡約梯度法的求解復(fù)雜度隨迭代次數(shù)增加收斂緩慢?；诮Y(jié)構(gòu)的頻譜共享技術(shù)可分為集中式頻譜共享和分布式頻譜共享。本發(fā)明考慮集中式認(rèn)知架構(gòu)，認(rèn)知用戶通過認(rèn)知頻譜共享競爭短期數(shù)據(jù)服務(wù)。共享技術(shù)包括認(rèn)知用戶采用擴(kuò)頻技術(shù)，同時(shí)設(shè)置主用戶的干擾溫度限對認(rèn)知用戶的發(fā)射功率進(jìn)行控制，從而保障主用戶不受干擾。在多認(rèn)知用戶的情況下，為了達(dá)到頻譜共享最充分，應(yīng)該滿足兩個(gè)條件 一是認(rèn)知用戶不會(huì)對主用戶的通信質(zhì)量造成影響；二是保證主用戶的同時(shí)，認(rèn)知用戶的通信質(zhì)量達(dá)到最優(yōu)。但是，如果認(rèn)知用戶數(shù)量增加，發(fā)射機(jī)數(shù)量也會(huì)不斷增加，計(jì)算量會(huì)不斷增大。如何使眾多的認(rèn)知用戶的發(fā)射功率能較快的收斂到最優(yōu)水平從而縮短頻譜分配的處理時(shí)間，又能對認(rèn)知用戶的數(shù)量進(jìn)行合理分配從而達(dá)到系統(tǒng)效用的最優(yōu)化，是當(dāng)前的熱點(diǎn)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種基于干擾溫度的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)功率分配方法，實(shí)現(xiàn)對多個(gè)認(rèn)知用戶情況下的認(rèn)知用戶發(fā)射功率的最優(yōu)化分配，以及在保證系統(tǒng)效用最大時(shí)認(rèn)知用戶的最優(yōu)數(shù)目。本發(fā)明的方法，包括以下步驟建立多認(rèn)知用戶小區(qū)模型；確定主用戶的干擾溫度限；確定各認(rèn)知用戶的接收機(jī)的信噪比要求；確定主用戶正常工作時(shí)的測量功率值條件；確定系統(tǒng)效用及約束條件；采用模擬退火遺傳算法估算最優(yōu)功率分配。進(jìn)一步地，所述建立多認(rèn)知用戶小區(qū)模型包括設(shè)定m個(gè)測量點(diǎn)，1個(gè)主用戶發(fā)射機(jī)和η個(gè)認(rèn)知用戶發(fā)射機(jī)；設(shè)定Γι為認(rèn)知用戶1的認(rèn)知小區(qū)半徑；設(shè)定Lu為第i個(gè)認(rèn)知小區(qū)到第j個(gè)認(rèn)知小區(qū)的距離；設(shè)定dik為第i個(gè)認(rèn)知用戶到第k個(gè)測量點(diǎn)的距離。進(jìn)一步地，所述確定主用戶的干擾溫度限通過以下公式計(jì)算
權(quán)利要求
1.一種基于干擾溫度的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)功率分配方法，其特征在于，包括以下步驟 建立多認(rèn)知用戶小區(qū)模型；確定主用戶的干擾溫度限； 確定各認(rèn)知用戶的接收機(jī)的信噪比要求； 確定主用戶正常工作時(shí)的測量功率值條件； 確定系統(tǒng)效用及約束條件； 采用模擬退火遺傳算法估算最優(yōu)功率分配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于干擾溫度的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)功率分配方法，其特征在于，所述建立多認(rèn)知用戶小區(qū)模型包括設(shè)定m個(gè)測量點(diǎn)，1個(gè)主用戶發(fā)射機(jī)和η個(gè)認(rèn)知用戶發(fā)射機(jī)； 設(shè)定^為認(rèn)知用戶1的認(rèn)知小區(qū)半徑； 設(shè)定Lu為第i個(gè)認(rèn)知小區(qū)到第j個(gè)認(rèn)知小區(qū)的距離； 設(shè)定dik為第i個(gè)認(rèn)知用戶到第k個(gè)測量點(diǎn)的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于干擾溫度的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)功率分配方法，其特征在于，所述確定主用戶的干擾溫度限通過以下公式計(jì)算
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于干擾溫度的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)功率分配方法，其特征在于，所述確定各認(rèn)知用戶的接收機(jī)的信噪比要求通過以下公式確定
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于干擾溫度的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)功率分配方法，其特征在于，所述確定主用戶正常工作時(shí)的測量功率值條件是^Plglk <Tk(fc,B)kBB kB=\-m,i=\其中，Tk (f。，B)kBB為第k個(gè)測量點(diǎn)對應(yīng)干擾溫度限的功率測量值，k = L···!!!； Srk =為發(fā)射機(jī)i到第k個(gè)測量點(diǎn)MP的路徑損耗；dik為第i個(gè)認(rèn)知用戶到第k個(gè)測量點(diǎn)MP的距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于干擾溫度的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)功率分配方法，其特征在于，所述確定系統(tǒng)效用及約束條件包括將所述各認(rèn)知用戶的接收機(jī)的信噪比以以下效用函數(shù)進(jìn)行定義Ui = IOlogltl Yi,其中， Ui為第i個(gè)接收機(jī)的效用函數(shù)；確定以k = l-m，并且^mm《W為約束條件，其中[ifm，f ]表示第i個(gè)發(fā)射機(jī)的可調(diào)發(fā)射功率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于干擾溫度的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)功率分配方法，其特征在于，所述采用模擬退火遺傳算法估算最優(yōu)功率分配包括以下步驟A)初始化算法參數(shù)；B)產(chǎn)生初始種群，所述初始種群的每個(gè)個(gè)體表示所述認(rèn)知用戶的發(fā)射功率Pi；C)評價(jià)所述初始種群中的個(gè)體Pi,判斷是否達(dá)到收斂或結(jié)束條件，若符合條件轉(zhuǎn)到G)， 否則轉(zhuǎn)向D)；D)遺傳算法對所述初始種群進(jìn)行選擇、交叉和變異操作得到遺傳種群；E)對所述遺傳種群進(jìn)行模擬退火操作，直到穩(wěn)定得到退火種群；F)退溫，把所述退火種群作為下一次迭代的初始種群，產(chǎn)生下一次迭代運(yùn)算的初始溫度，返回C)；G)輸出最優(yōu)功率解。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于干擾溫度的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)功率分配方法，其特征在于，所述 E)對所述遺傳種群進(jìn)行模擬退火操作，直到穩(wěn)定得到退火種群包括以下子步驟a)設(shè)定第二初始溫度并將所述遺傳種群作為模擬退火初始種群；b)內(nèi)循環(huán)步驟，通過Metropolis準(zhǔn)則獲得當(dāng)前的最優(yōu)解；c)外循環(huán)步驟，判斷是否滿足終止條件，如果不滿足則轉(zhuǎn)到步驟b)，滿足則獲得退火種群。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于干擾溫度的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)功率分配方法，包括建立多認(rèn)知用戶小區(qū)模型；確定主用戶的干擾溫度限；確定各認(rèn)知用戶的接收機(jī)的信噪比要求；確定主用戶正常工作時(shí)的測量功率值條件；確定系統(tǒng)效用及約束條件；采用模擬退火遺傳算法估算最優(yōu)功率分配。通過本發(fā)明的方法，在多個(gè)認(rèn)知用戶情況下，實(shí)現(xiàn)發(fā)射功率的最優(yōu)化分配，在認(rèn)知用戶不對主用戶造成干擾的前提下達(dá)到資源充分共享。
文檔編號H04W16/14GK102448071SQ20121002109
公開日2012年5月9日 申請日期2012年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月30日
發(fā)明者關(guān)欣, 李秀萍, 趙軍輝 申請人:北京交通大學(xué)