[发明专利]基于凸优化的多信道认知无线网络中最优功率分配方法

说明书

本发明公开的基于凸优化的多信道认知无线网络中最优功率分配方法，建立了一种基于频普共享机制的多信道认知无线网络模型，并建立在峰值形式的总发射功率和每条信道干扰功率约束下最大化次级用户总通信速率的优化问题，利用凸优化理论验证了该优化问题的凸性，并将其分解为特定的信道状态下的子问题，采用拉格朗日对偶法给出最优解满足的KKT条件，给出了最优解关于对偶变量的表达式，最后利用二分法和次梯度法求解出最优化功率分配方案。本发明联合考虑多条信道进行频谱共享，采用瞬时峰值干扰功率约束严格保障主用户不受干扰，同时利用多条信道使次级用户可以使用更大的发射功率发射，从而进一步提高频谱资源的综合利用率。

技术领域

本发明涉及无线网的功率分配技术领域，具体为基于凸优化的多信道认知无线网络中最优功率分配方法，旨在合理分配多信道资源，提高频谱资源利用率。

背景技术

无线通信系统的理想工作频段主要在30MHz～40GHz范围内，随着无线通信技术的快速发展，在有限的可用通信频段范围内，出现了越来越多的无线系统和业务，而当前通信频段的分配采用行政授权的方式，管理部门划分出指定频谱区域指定某个无线系统排他性地占用该频段，这使得有限的频谱随着系统的增多变得越来越拥挤，这就使得频谱资源变得十分紧缺。另一方面，大量实测表明，已分配的频段并没有得到有效利用，存在大量空闲的频谱因为行政授权而无法使用。

针对上述问题，研究者提出了认知无线电技术(Cognitive Radio)，该技术中将未授权用户称为次级用户(Secondary User)，将授权用户称为主用户(Primary User)，认知无线电技术允许次级用户在主用户不使用频谱时动态接入主用户的频段，或者在次级用户对主用户干扰被控制在可接受范围的前提下采用频谱共享的方式与主用户同时进行通信。频谱共享机制能使次级用户获得更好的服务质量且不需要进行频谱感知，因此频谱共享机制具有更大的优越性，研究频谱共享机制下次级用户最优功率分配策略是一项重要课题。

在认知无线电频谱共享机制下，为了在保障主用户服务质量(QoS)的前提下更好地实现次级用户通信性能，现有的文献分析了频谱共享机制下最大化次级用户各台历经容量和中断容量的最优功率分配方案，在制定功率分配时考虑了次级用户对主用户的干扰以及次级用户的发射功率约束；另一文献分析了在获得统计信道状态信息(StatisticalCSI)的前提下，结合次级用户对主用户峰值干扰和次级用户平均功率约束求解了最大化次级用户速率的功率分配方案；现有的专利文件也提供了“一种基于峰值功率约束能效最佳功率分配方法源分配方法”，在频谱共享机制下，基于峰值功率约束条件求解了使次级用户获得最大的能效的功率分配方案。

然而，上述研究都是基于频谱共享认知无线网络中主用户存在单个可利用的信道而展开的最优功率分配，而实际系统中通常存在多个主用户，不同主用户有不同的授权频段，甚至一个主用户存在多条可使用的信道，联合考虑多条主用户信道将更有利于提高频谱资源的利用率。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于凸优化的多信道认知无线网络中最优功率分配方法，联合考虑多条主用户信道，从而综合不同信道的频谱提高频谱利用率。

本发明是通过以下技术方案来实现：

1.基于凸优化的多信道认知无线网络中最优功率分配方法，包括以下步骤：

S1、建立多信道认知无线网络的系统模型；

该系统模型包括一个具有收发功能的次级用户，该次级用户能够采用频谱共享机制接入N条主用户信道，收发机的发射端SU-Tx和接收端SU-Rx之间存在N条次级用户信道，发射端SU-Tx与主用户接收端之间存在N条干扰信道；

设第i条干扰信道上的瞬时信道功率增益为与之对应的第i条次级用户信道上的瞬时信道功率增益为

设信道功率增益和是平稳的且是各态历经的，干扰信道和次级用户信道上的信道中加性高斯白噪声的噪声功率为N₀；