[发明专利]一种基于能量效率与频谱效率的联合折中优化方法

权利要求书

1.一种基于能量效率与频谱效率的联合折中优化方法,其特征在于：包括：采用经济学中的合约理论，将主次用户间的协作问题建模为合约设计问题，并建立了主次用户评价合约收益的效用函数，将提高主用户的能效和谱效问题转变为设计合约使主用户获得最大效用的优化问题，并采用差分进化算法进行求解。

2.根据权利要求1所述的一种基于能量效率与频谱效率的联合折中优化方法，其特征在于：

基于合约理论的模型具体为：

在协作频谱共享的机制中，主用户和次用户存在资源的交换。影响交易双方收益的主要因素有中继功率、中继服务的信道增益阈值和次用户在频谱共享阶段对主用户的干扰约束。由于主次用户之间存在矛盾，因此协作双方若要在资源交换中达到各自的效用最大化，取决于是否存在有效的激励机制吸引双方积极和主动的协作。在合约理论模型中，将主用户和次用户希望从资源交换中获得各自效用最大化的问题转换为主用户最优合约问题的设计问题。其中，次用户被动的选择最优合约，因此将最优合约设计问题转换为主用户如何设计合约让自己活得最大效用的问题。

3.根据权利要求2所述的一种基于能量效率与频谱效率的联合折中优化方法，其特征在于：

(1)主用户效用函数具体为：

在协作中继阶段1中，主用户发送数据至自身的接收端和次用户的发射端，主用户的数据传输速率的期望表达式为：

其中，P₀为主用户的发射功率，n₀为主用户接收端的噪声功率，主次用户之间服从参数为σ的瑞利分布，h^*为信道增益阈值，pr为次用户为主用户提供中继服务的概率。

在协作中继阶段2中，次用户为主用户提供中继服务，此时主用户的数据传输速率为：

其中，P为主用户接收端收到次用户转发信号的功率。

在频谱共享阶段，主用户在次用户的干扰下发送数据，主用户的期望数据传输速率R₃：

其中，α为主用户允许次用户对其产生的干扰功率与主用户接收端收到次用户转发信号功率的比值。

主用户整体的平均数据传输速率的期望为：

定义主用户整体的数据传输速率期望为主用户的效用函数U_p

U_p＝R_E

(2)次用户效用函数具体为：

次用户在频谱共享阶段以主用户允许的最大功率发送信息，则在整个过程中发送自身数据的传输速率期望R_s为：

其中，h₁为次用户发射端到主用户接收端的信道增益，h₂为次用户发射端到自身接收端的信道增益，h₃为主用户发射端到次用户接收端的信道增益，n₁是次用户接收端的噪声功率。

在整个过程中，主用户所消耗的总功率期望为：

其中，P/(2h₁)表示在写作阶段次用户的平均功率，αP/h₁表示次用户发送自身数据的传输功率。

定义次用户发送自身数据的传输速率期望R_s减去消耗的代价为次用户的效用函数U_s表达式为：

其中，C表示次用户消耗单位能量的代价，通常由电池的能量转换效率决定。

(3)优化合约设计函数为：

个人理性约束是指次用户仅在自身获得非负效用的条件下与主用户进行协作频谱共享。即满足：