[发明专利]基于最佳频段选择的认知无线网络吞吐量优化方法

权利要求书

1.基于最佳频段选择的认知无线网络吞吐量优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用认知协作通信网络模型分析网络的通信方式，获得该模型中中继的最小通信半径；

采用基于能量检测的空闲信道感知方法，使基站检测可用的频谱资源，将资源共享给需要的认知次用户；

结合干扰功率阈值的限制，通过优化方程为次用户选择最佳的接入频段；

所述结合干扰功率阈值的限制，通过优化方程为次用户选择最佳的接入频段，提升吞吐量，具体包括：

在认知协作通信网络模型中，假设网络共有K个主用户，M个认知次用户，每个主用户具有一个许可频段，网络中除基站位置固定，其他节点的分布规律遵循节点密度为ρ二维泊松过程；令Φ_i表示某个认知次用户节点i的可用频段集合，令IT_i表示当认知次用户节点i受到的总干扰，IT_i的表达式为：

d(i,w)表示节点i与主用户的距离，μ表示天线增益，τ表示路径损耗系数，γ表示阴影系数，受到干扰信号的影响，当节点i通过空闲频段j传输数据至基站，可以达到的数据速率为：

U_j表示频段带宽，表示节点i在频段j成功传输数据至基站的所需发射功率，g_j表示频段j的信道增益，当节点i与基站之间需通过中继节点进行协作通信，则：

d(i,BS)＝d(i,RS)+d(RS,BS)； (9)

从公式(8)可以看出，数据速率也受到发射功率的影响，由于认知次用户与中继在通信时会对其他主用户带来干扰，因此认知次用户发送的信号至主用户的接收功率需要低于干扰功率阈值P_T，即:

由公式(8)可知，当发射功率的增大会提升数据速率使需要满足干扰功率阈值P_T的限制，寻找最优解的方程如下：

P_total表示网络中所有认知次用户的总发射功率，表示节点n的最大发射功率；

采用迭代注水方法来求解公式(12)，求得

将公式(13)求得的代入方程(12)中，找到最佳的频段来得到最大化数据速率，优化网络吞吐量。

2.根据权利要求1所述的基于最佳频段选择的认知无线网络吞吐量优化方法，其特征在于，所述认知协作通信网络模型包含了基站、主用户、中继和认知次用户，其中基站，主用户、中继和认知次用户分布在同一个二维平面内，所述主用户与基站协作通信，所述基站与认知次用户通信或通过中继与认知次用户通信。

3.根据权利要求2所述的基于最佳频段选择的认知无线网络吞吐量优化方法，其特征在于，所述认知次用户配置单个接口，所述认知次用户在一个时刻节点只在一个信道上进行数据传输，其中认知次用户的节点接口可以在不同信道之间切换。

4.根据权利要求1所述的基于最佳频段选择的认知无线网络吞吐量优化方法，其特征在于，所述获得该模型中中继的最小通信半径；具体包括：

设认知次用户的发射功率和接收功率分别为P_trans和P_receive，则两者的关系式为：

P_receive＝μ·P_trans·d^-γ； (1)

其中μ表示与发射天线相关的一个常量，γ表示与传输距离相关的一个信号衰落因子；根据公式(1)可以得到

当认知次用户传输数据至基站，此时基站的接收功率需要超过接收功率阈值P_receive，T才能成功接收认知次用户的数据，当认知次用户的发射功率P_trans确定时，可以得到认知次用户的传输半径为：

因此当认知次用户与基站的相隔距离大于r_CSU时，认知次用户无法获取频段共享信息，此时需要中继进行协作通信，为了使得认知次用户在半径为R的服务区内都能够与基站正常通信，中继的传输半径至少需要满足r_RS＝R-r_CSU。