[发明专利]一种基于接收机干扰的认知无线电网络OFDM频谱分配方法

摘要

本发明属于认知无线电网络中的频谱资源管理技术，为基于接收机干扰的认知无线电网络OFDM频谱分配方法，包括初始化，给一级用户着色，进行拓扑更新，计算每个二级用户的标签值和待着颜色，再给标签值最大的二级用户着待着颜色等步骤。本发明提出了一种接收机干扰模型下基于图论的认知无线电网络OFDM频谱分配方法，可以准确地建模认知无线电网络频谱分配问题，同时在认知无线电网络中有效地进行频谱分配，其目标可以是最大化频谱效益，最大化最小公平或最大化比例公平。所提出的方法可分布式实现。

主权项

1、一种基于接收机干扰的认知无线电网络OFDM频谱分配方法，其步骤包括：步骤(1)：按照下述过程进行初始化：(1.1)确定系统参数，包括一级用户数M，二级用户数N，可用信道数K，发射功率矩阵P和信号噪声干扰比门限矩阵Г；其中，发射功率矩阵P＝{pik|pik≥0}(N+M)×K，pik表示如果将信道k分配给用户i，用户i在信道k上的发射功率；用户i由处于不同位置的一对发射机Ti和接收机Ri组成，i表示用户的序号；信号噪声干扰比门限矩阵Г＝{γik|γik≥0}(N+M)×K，γik表示用户i在信道k上的信号噪声干扰比门限；(1.2)通过测量或估计得到链路增益矩阵G，背景噪声矩阵Q链路增益矩阵G＝{Gij|Gij≥0}(N+M)×(N+M)，Gij表示发射机Ti和接收机Rj之间的链路增益；背景噪声矩阵Q＝{qik|qik≥0}(N+M)×K，qik表示接收机Rj在信道k上的背景噪声；(1.3)计算出效益矩阵B，冲突矩阵C，抗干扰余量矩阵E；效益矩阵B＝{bik|0≤bik}(N+M)×K，bik＝ln(1+γik)表示用户I如果使用信道k传输能够获得的效益；冲突矩阵C＝{Cijk|0≤Cijk≤1}(N+M)×(N+M)×K，Cijk表示用户i在信道k上对用户j的冲突值，采用公式I计算Cijk：抗干扰余量矩阵E＝{eik|eik≤1}(N+M×)K，eik表示用户i在信道k上的抗干扰余量，采用式II计算eik：$e_{\mathrm{ik}}=1-\frac{q_{\mathrm{ik}}}{p_{\mathrm{ik}}{G}_{\mathrm{ii}}/{\gamma }_{\mathrm{ik}}}-\underset{j=1}{\overset{N+M}{\Sigma }}{C}_{\mathrm{jik}}{a}_{\mathrm{jk}}---\left(\mathrm{II}\right)(1.4)令信道分配矩阵A中元素全为1，可用信道矩阵L全为0；可用信道矩阵L＝\{lik|lik\in \{0，1\}\}(N+M)\times K，lik＝1表示用户i能够使用信道k；反之，lik＝0表示用户i不能使用信道k；信道分配矩阵A＝\{aik|aik\in \{0，1\}\}(N+M)\times K，aik＝1表示已将信道k分配给了用户i；反之，aik＝0表示未将信道k分配给用户i；步骤(2)：按照下述过程给一级用户着色：(2.1)根据一级用户预先占用信道情况，给各子图中一级用户顶点着色，每个子图对应一个信道；(2.2)删除各子图中不使用此信道的一级用户顶点；步骤(3)：按照下述过程进行拓扑更新：(3.1)根据抗干扰余量矩阵E删除抗干扰余量小于0的未着色顶点；(3.2)根据冲突矩阵C，如果某未着色顶点对某已着色顶点的冲突值大于该已着色顶点的抗干扰余量，删除此未着色顶点；步骤(4)：根据不同的分配目标选择下述三种方式之一计算每个二级用户的标签值labeli和待着颜色colori：令li表示二级用户i可用且未分配信道的集合，即li＝\{k|aik＝0，lik＝1\}，令Dik表示子图k中顶点i对周围未删除顶点的冲突之和，采用式III计算Dik：$ D_{\mathrm{ik}}=\underset{j=1}{\overset{N+M}{\Sigma }}{l}_{\mathrm{jk}}·C_{\mathrm{ij}},k\in l_i---\left(\mathrm{III}\right)当采用合作式最大化频谱效益的分配目标时，采用如式iv、v进行标号：$ {\mathrm{label}}_i=\underset{k\in l_i}{\mathrm{Max}}\frac{b_{\mathrm{ik}}}{D_{\mathrm{ik}}+1}---\left(\mathrm{iv}\right)$ {\mathrm{color}}_i=\arg \underset{k\in l_i}{\mathrm{Max}}\frac{b_{\mathrm{ik}}}{D_{\mathrm{ik}}+1}---\left(v\right)当采用合作式最大化最小公平的分配目标时，采用式vi、vii进行标号：$ {\mathrm{label}}_i=-\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}{a}_{\mathrm{ik}}·b_{\mathrm{ik}}---\left(\mathrm{vi}\right)$ {\mathrm{color}}_i=\arg \underset{k\in l_i}{\mathrm{Max}}\frac{b_{\mathrm{ik}}}{D_{\mathrm{ik}}+1}---\left(\mathrm{vii}\right)当采用合作式最大化比例公平的分配目标时，采用式viii、ix进行标号：$ {\mathrm{label}}_i=\frac{\underset{k\in l_i}{\mathrm{Max}}\frac{b_{\mathrm{ik}}}{D_{\mathrm{ik}}+1}}{\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}{a}_{\mathrm{ik}}·b_{\mathrm{ik}}}---\left(\mathrm{viii}\right)$ {\mathrm{color}}_i=\arg \underset{k\in l_i}{\mathrm{Max}}\frac{b_{\mathrm{ik}}}{D_{\mathrm{ik}}+1}---\left(\mathrm{ix}\right)步骤(5)：给标签值最大的二级用户着待着颜色，如果不存在未着色顶点，分配结束，否则返回步骤(3)。$$$$$$$$