[发明专利]一种面向认知无线电网络的跨层干扰受限的功率分配方法

说明书

一种面向认知无线电网络的跨层干扰受限的功率分配方法。本方法研究了基于FBMC‑OQAM的多用户下垫式频谱共享的认知无线电网络中的功率分配问题。为提高整个网络的能效，引入跨层干扰限制来保护网络中次用户免受过多的干扰；引入虚拟队列的概念，将多用户争用信道导致的额外分组时延转化为在信道对应的虚拟队列中的排队时延。以系统能效为目标函数，以时延和传输功率为约束条件，提出一个非线性约束下的非线性规划问题。通过一些变换将该问题转换为凸多项式非线性规划问题，进而采用拉格朗日对偶方法求其全局最优解。与现有一些方法相比，本方法(EEPA)在提高能效方面具有较高性能，每个用户的功率分配更加合理，具有一定的实用价值。

【技术领域】

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种面向认知无线电网络的跨层干扰受限的功率分配方法。

【背景技术】

下垫式认知无线电(CognitiveRadio，CR)网络是一种干扰可控的认知无线电网络，可以对主用户带来干扰，但是不能超过其允许的干扰温度限。通过对次用户的发射功率增加一个干扰温度限制，从而保证每个主用户的干扰不超过门限值。因此，干扰温度约束在该类模型的资源分配中起着关键性的作用；次用户可以通过能量检测法或合作方式来得到干扰温度限。

该方式下，次用户不需要实时地感知主用户是否存在，可以直接接入主用户网络，是一种主用户和次用户共存的网络。多载波调制技术中，正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)被认作潜在的CR网络的调制技术。然而网络遇到异步传输时，OFDM因为不完美的时间和频率同步，其数据传输速率便会受影响。异步传输会引起子载波间干扰。因此某一条子载波的干扰会影响其相邻的子载波。而滤波器组多载波(FilterBankMulti-Carrier，FBMC)调制技术作为一种替代调制方法，因其不需要循环前缀，相比于OFDM技术，在异步通信时不会引起过多的数据传输速率缺失。

结合偏移正交幅度调制(OffsetQuadratureAmplitudeModulation，OQAM)和多相网络的FBMC-OQAM调制技术，降低了实现的复杂度，具有对载波频偏不敏感和高频效高能效的优势。资源分配是一个非线性优化问题，并且算法的复杂度随着用户数以及子载波数的增加呈现指数增长，这就使得其难度非常高。而FBMC-OQAM系统又是一个对瞬时性要求极其高的系统，这就对资源分配算法提出了非常高的要求。

【发明内容】

本发明的目的是解决认知无线电网络的跨层干扰受限的功率分配问题，提供一种面向认知无线电网络的跨层干扰受限的功率分配方法。本发明考虑系统总数据传输速率限制以及总功率消耗约束，提出下垫式频谱共享的认知无线电网络情景下的以能效为目标的功率分配算法(EEPA)。通过实验仿真对比，EEPA在提高能效方面具有较高性能，每个用户的功率分配更为合理，具有一定的实用价值。

本发明的面向认知无线电网络的跨层干扰受限的功率分配方法，主要包括如下关键步骤：

第1、下垫式频谱共享的认知无线电网络模型结构的构建：

第1.1、建立传输功率模型P_k,m,l，P_k,m,l表示第l个子载波上分配的第k个小区内第m个次用户的功率；

第1.2、建立干扰温度限模型；

第1.3、建立信干噪比与传输速率模型；

第1.4、建立时延模型；

第2、目标函数问题转换：

第2.1、说明原目标函数为非凸函数，不能用凸优化方法求解；

第2.2、将原目标函数转化成凹函数除以凸函数的形式；

第3、算法设计：