[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

说明书

本发明公开了基于最佳频段选择的认知无线网络吞吐量优化方法，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。本发明为了确保主用户的通信质量，认知次用户的发射功率采用了一定的阈值进行限制，为了提升次用户的通信速率，提高吞吐量，提出了求解最优解的优化方程，该方程在给定的限制条件下以最大化通信速率为目的，寻找次用户的最佳接入频段及发射功率。

技术领域

本发明涉及公安服务技术领域，具体涉及到基于最佳频段选择的认知无线网络吞吐量优化方法。

背景技术

在认知无线网络中，次用户只能在主用户空闲的状态下才能访问许可频段，这使得次用户接入空闲频段的时间有限，因此需要提高次用户的吞吐量以提升通信效率，在更短的时间内完成次用户的通信业务。

目前，全球范围内的无线通信业务快速增长，移动手持通信设备的用户量不断增多，这使得无线频谱资源短缺现象日益加剧。另一方面，有些地区采用了静态频段分配方式，许多无线频段只授权给许可的用户，使得频段利用率低下。为了缓解频谱资源短缺的局势，需要提升频段的利用效率，使频谱资源能给更多用户使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供基于最佳频段选择的认知无线网络吞吐量优化方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于最佳频段选择的认知无线网络吞吐量优化方法，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：