[发明专利]一种认知无线电系统中基于公平性的功率和信道联合分配方法

摘要

一种认知无线电系统中基于公平性的功率和信道联合分配方法，属于无线通信技术领域，特别涉及应用在认知无线电系统中的功率和信道的联合分配。本发明是一个能同时满足对非授权用户的服务质量(QoS)要求和公平性保证以及对授权用户保护的功率和信道的联合分配方法。根据非授权用户不同的QoS要求，给出了公平性的数学定义。同时，为了降低算法开销，缩短分配周期，本发明将整个分配过程分为了两个阶段。第一个阶段称为粗分配。这一阶段以保护授权用户为前提，根据非授权用户的QoS要求以及公平性得出每个非授权用户能使用的最大的资源。第二阶段称为精分配，由多个非授权用户同时独立完成本可以在授权用户处串行完成的任务，这样就减小了复杂度，有利于实现快速的功率和频谱分配以适应认知无线电系统中可用频谱资源快速时变的特性，并使得各个非授权用户都能自主地决定自己最终能使用的资源。

主权项

1、一种认知无线电系统中基于公平性的功率和信道联合分配方法，它考虑的是单个认知无线电小区内的上行资源(功率和信道)分配问题。假定认知无线电系统中非授权用户数为M，射频端可支持的频带F可平均分为N个频段。为了确保对授权用户的保护，应保证授权用户在各个信道上受到的干扰应不超过它能承受的干扰大小P_j^*。非授权用户i在信道j上的发射功率大小是p_ij，Z_ij表示非授权用户i在信道j上到能承受的干扰最小的授权用户的路径增益，h_ij表示非授权用户i在信道j上的路径增益。第一个阶段——粗分配：令R_i^f表示非授权用户i在第f帧的服务质量(QoS)满足水平，按照以下步骤进行粗分配：步骤1确定候选信道集合非授权用户i选取信道条件(h_ij)最好的信道，这些信道组成非授权用户i可以使用的候选信道集合C_N′，选取原则为：h_ij＞Z_ij    (2)步骤2确定最大发射功率非授权用户i在候选信道j上的最大发射功率为：pijmax=RifΣk=1MRkf·Pj*hij---(3)]]>第二个阶段——精分配：在粗分配阶段，各个非授权用户已经得到了可以使用的最大资源。在精分配阶段，各个非授权用户致力于在保证QoS要求的同时降低发射功率，以进一步降低对授权用户的干扰。令Pijd=Σk=1,k≠iMpkjmaxhkj+η]]>为非授权用户i在信道j上受到的最大干扰，首先各个非授权用户确定他们在各个候选信道上的最小功率：IfpijmaxhijPijd>Sb]]>pijminhijPijd=Sb⇒pijmin=Sb·Pijdhij]]>elsep_ijmin＝p_ijmax在确定了最小功率后，在继续按下面的步骤进行精分配，其中p_ij＝0表示非授权用户i未分配到信道j，步骤如下：步骤1初始化各个非授权用户都设置自己在所有候选信道上的功率初值为最大值，即：P_ij＝p_ijmax    (4)步骤2判断自己已经达到的速率是否已经满足了自己的速率要求若R_ir≥R_id，转至步骤8；否则，转至步骤3；步骤3判断R_ir与R_id的差值是否在允许的精度范围R_itol内若|R_ir-R_id|≤R_itol，转至步骤8；否则，转至步骤4；步骤4计算自己的信道状态均值：hij‾=Σj∈CN′ihijNi---(5)]]>步骤5计算功率步长Δp令所有h_ij＜h_ij的信道组成信道集合C_w，则：Δp=Minjpijα,∀j∈Cw---(6)]]>步骤6调整功率：p_ij＝p_ij-Δp    (7)步骤7判断是否存在t，使得p_it＜p_ijmin若存在，将信道t上的功率置零，即p_it＝0；若不存在，转至步骤2；步骤8分配结束。第一个阶段(粗分配)由在基站处理完成的，第二个阶段是由各个非授权用户同时独立完成的。