[发明专利]基于分组博弈交换以及优化功率控制的频谱资源配置方法

摘要

一种认知无线电中基于分组博弈交换以及优化功率控制的频谱资源配置方法，包括以下步骤：(1)在同时保障PUs与SUs的QoS需求情况下，最大化PUs全体的净收益，该优化问题描述为多变量非凸性优化问题；(2)根据问题P1的特性将问题分解为问题(P1‑底层)与问题(P1‑顶层)；问题(P1‑底层)解决的是底层的功率分配问题，在PU k接入的SUs集合给定的条件下优化各个用户的功率分配；问题(P1‑顶层)在问题(P1‑底层)的解给出的条件下进一步对接入用户的选择进行优化；(3)采用接入用户选择及功率分配联合控制方法对问题(P1‑顶层)进行接入用户集的优化。本发明提高系统频谱利用率，优化系统资源的配置。

主权项

1.一种基于分组博弈交换以及优化功率控制的频谱资源配置方法，其特征在于：所述配置方法包括以下步骤：(1)在认知无线电网络中，通过授权用户PUs和非授权用户SUs的发送功率控制，在考虑包括PUs与SUs之间以及不同SUs之间的两部分干扰的同时，保证PUs的服务质量QoS的情况下最大化PUs的净收益的优化问题描述为如下所示的非凸性优化问题：P1：受约束于其中，控制变量为以及表示所有授权用户PUs的集合,表示的是所有非授权用户SUs的集合；在问题P1中，各个参数定义如下：β^k：PU k共享自有频谱时的边际功率损耗所对应的价格系数；PU k服务SU s时收取的边际流量价格；SU s接入PU k时获得吞吐量，表示为W表示带宽；PU k的吞吐量，表示为PU k的吞吐量要求；SU s的吞吐量要求；p₀^k：PU k的发送功率；p₀^k，min：PU k的最小发送功率消耗；q_s^k：SU s在接入PU k时的发送功率；n：背景噪声功率；接入PU k的SUs其SU s‑Tx发送端与BS之间的信道功率增益，SUs‑Tx表示SUs的发送端；PU k‑Tx与BS之间的信道功率增益，PU k‑Tx表示PU k的发送端；接入PU k的SU s其发送端SU s‑Tx与接收端SU s‑Rx之间的信道功率增益，SUs‑Rx表示SUs的接收端；PU k‑Tx与接入PU k的接收端SU s‑Rx之间的信道功率增益；接入PU k的SUs中的发送端SU s‑Tx j与接收端SU s‑Rx s之间的信道功率益；SU s与PU k之间连接状态的标志变量，则表示SU s与PU k相互连接；则表示SU s与PU k断开；PU的发送功率上限；SU的最大发送功率上限；辅助变量，具体形式表示为W表示带宽；Ω_k：接入PU k的SUs的集合；(2)问题P1的分层；根据问题P1的特性将问题其分解成为两个子层：问题P1‑底层与问题P1‑顶层；问题P1‑底层解决的是底层的功率分配问题，在PU k接入的SUs集合给定的条件下优化各个用户的功率分配；问题P1‑顶层在问题P1‑底层的解给出的条件下进一步对接入用户的选择进行优化；问题P1‑底层：受约束于：问题P1‑顶层：受约束于：分层问题中的集合定义：Ω_k：接入PUs的SUs的集合，即Ω_K+1：未被选择接入PU k的用户其中，需要保证每个SU仅选择一个PU进行接入，即用以及表示问题P1‑底层的最优解，即对于PU k及其接入SUs而言最优化的功率分配方案，用Ω_k^*表示问题P1‑顶层的最优解，即对于PU k而言最优化的用户接入选择集合；(3)采用接入用户选择及功率分配联合控制方法对问题P1‑顶层进行接入用户集的优化，即求取最优集合Ω_k^*，过程如下：步骤3.1：接入用户选择及功率分配联合控制方法的初始化设置；设置未被选择接入PU k的非授权用户集设置接入PU k的非授权用户集设置问题P1‑顶层的最优解V_k＝0，即PU k能够获得的最大收益；步骤3.2：定义融合规则与分离规则；将用于定义分组数，即其中融合规则：如果则令为分离规则：如果则令为步骤3.3：判断当前状态下两种规则的可执行性；通过当前的值与当前最优值V_k相对比，当融合规则与分离规则均不能够使得PU k的收益更大时，跳转至步骤3.7，否则顺序执行步骤3.4；步骤3.4：BS随机选择一个PU k,PU k随机选择融合或分离，融合则执行步骤3.5，分离则跳转执行步骤3.6；步骤3.5：融合规则的执行；当时，BS随机选择一个SUz∈Ω_K+1，将SU z从Ω_K+1中剔除并加入集合Ω_K，即求解当前PU k的收益如果则将其设定为当前最大收益，当前最优用户最优集发送信号让BS知晓PU k接入SU z，返回步骤3.3；步骤3.6：分离规则的执行；当时，PU随机选择一个SU z∈Ω_K，将SU z从Ω_K中剔除并加入集合Ω_K+1，即求解当前PU k的收益如果则将其设定为当前最大收益，当前最优用户最优集发送信号让BS接入SU z，返回步骤3.3；步骤3.7：结束，输出问题(P1‑顶层)的最优解；问题P1的最大函数值即为最优化的用户接入集选择即为Ω_K。