一種認(rèn)知0fdm系統(tǒng)的子信道和功率分配方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種認(rèn)知0FDM系統(tǒng)的子信道和功率分配方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟1、對(duì)授權(quán)用戶的信道占用進(jìn)行建模，建模為兩種不同的類型；步驟2、對(duì)于給定的授權(quán)用戶的信道占用模型，感知得到空閑子載波集合，預(yù)測空閑信道的空閑持續(xù)時(shí)間的長短；步驟3、進(jìn)行延遲敏感用戶的子信道分配；步驟4、進(jìn)行延遲容忍用戶的子信道分配；步驟5、功率的增加過程1:延遲敏感用戶與延遲容忍用戶的功率交換；步驟6、功率的增加過程2:延遲容忍用戶之間的功率交換。本發(fā)明動(dòng)態(tài)的子信道和功率分配方案，滿足認(rèn)知系統(tǒng)中的兩種不同業(yè)務(wù)類型的用戶的不同Q0S需求，即最小化延遲敏感的認(rèn)知用戶的切換時(shí)延，在此基礎(chǔ)上最大化延遲容忍認(rèn)知用戶吞吐量。
【專利說明】-種認(rèn)知OFDM系統(tǒng)的子信道和功率分配方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于一種認(rèn)知0FDM系統(tǒng)的子信道和功率分配方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，針對(duì)認(rèn)知0FDM無線網(wǎng)絡(luò)的資源分配問題，國內(nèi)外已經(jīng)做了廣泛研究，現(xiàn)有 文獻(xiàn)分別就單用戶認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)和多用戶認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了探討。針對(duì)單用戶場景下的資源分 配問題，文獻(xiàn)將資源分配問題建模為一個(gè)多維的0-1背包問題（MDKP)，提出了一種稱為 "Max-Min"的貪婪算法，這種算法在單用戶的場景下，性能接近最優(yōu)算法，但是當(dāng)把這種算 法應(yīng)用于多用戶認(rèn)知系統(tǒng)時(shí)，其計(jì)算量非常之大，顯然，該算法不適用于多用戶場景?，F(xiàn)有 文獻(xiàn)還將認(rèn)知系統(tǒng)發(fā)射功率約束及對(duì)授權(quán)用戶的干擾約束轉(zhuǎn)化成了歸一化的系統(tǒng)容量，該 算法在復(fù)雜度和系統(tǒng)容量方面達(dá)到了較好的均衡。不同于以往的干擾門限的約束，文獻(xiàn)對(duì) 授權(quán)用戶的干擾約束采用了一種統(tǒng)計(jì)干擾約束，并在此基礎(chǔ)上提出了一種基于0FDM的認(rèn) 知無線系統(tǒng)的最優(yōu)的功率分配算法。
[0003] 研究了多用戶場景下的資源分配問題。認(rèn)知系統(tǒng)的用戶業(yè)務(wù)為非實(shí)時(shí)（NRT)應(yīng)用 的情況下，文獻(xiàn)通過各個(gè)用戶的數(shù)據(jù)速率的比例約束保證了用戶之間的相對(duì)公平性。研究 了最小干擾增加（MI)、最小功率增加（MP)和最小代價(jià)增加（MC)這三種貪婪分配算法在多 用戶認(rèn)知0FDM系統(tǒng)資源分配中的應(yīng)用。
[0004] 值得一提的是，上述文獻(xiàn)均假定頻譜感知的結(jié)果是完全正確的，而在實(shí)際的無線 通信中，由于硬件條件的不足、感知時(shí)間的受限（感知時(shí)間太長會(huì)影響用于認(rèn)知用戶傳送 數(shù)據(jù)的時(shí)間）等因素造成了獲得動(dòng)態(tài)無線環(huán)境的理想感知信息的難度，因此，漏檢和虛警 時(shí)常發(fā)生。另外，不同的認(rèn)知用戶會(huì)有不同的Q0S需求，而上述文獻(xiàn)均忽略了這一點(diǎn)。無線 通信的快速發(fā)展要求未來認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)能夠滿足多用戶的不同Q0S需求，近年來，已經(jīng)致 力于此類認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)資源分配算法的研究。文獻(xiàn)研究了多信道環(huán)境下的資源分配問題，利用 頻譜感知信息對(duì)授權(quán)用戶的空閑信道和功率進(jìn)行分配，在保證滿足認(rèn)知用戶的最小傳輸速 率的條件下，最大化整個(gè)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的容量。文獻(xiàn)還提出了一種聯(lián)合頻譜感知和資源分配的 算法，該算法在資源分配的過程中同時(shí)考慮了漏檢概率、虛警概率和檢測門限，在保證了延 遲敏感用戶的最小延遲要求的基礎(chǔ)上，使得延遲容忍用戶的總?cè)萘窟_(dá)到了最大。
[0005] 在研究認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)資源分配算法時(shí)，一個(gè)很大的挑戰(zhàn)就是：在授權(quán)頻段上，授權(quán) 用戶對(duì)信道的使用具有一定的隨機(jī)性，當(dāng)授權(quán)用戶要傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，認(rèn)知用戶必須立即停止 其傳輸，切換到其他可用信道上。頻繁的信道切換必然會(huì)造成遲延的增加和吞吐量的減小， 目前資源分配方面的文獻(xiàn)很少考慮頻譜切換遲延對(duì)系統(tǒng)造成的影響。當(dāng)認(rèn)知用戶的業(yè)務(wù)為 延遲容忍業(yè)務(wù)（非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)）時(shí)，這種因頻譜切換造成的中斷對(duì)資源管理的影響可以忽略 不計(jì)，然而，當(dāng)認(rèn)知用戶的業(yè)務(wù)是遲延敏感業(yè)務(wù)（實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)），那么在研究信道分配算法時(shí) 必須要考慮到未來信道的可利用概率的大小，盡量減小因頻繁切換產(chǎn)生的切換時(shí)延對(duì)遲延 敏感用戶的影響?；谝陨系姆治觯O(shè)計(jì)能夠減小頻譜切換延遲的算法對(duì)于認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò) 的延遲敏感用戶有更實(shí)際的意義。一般來說，傳輸延遲正比于信道切換的次數(shù)，因而最有效 的減小頻譜切換延遲的算法就是盡量減少頻譜切換的次數(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種認(rèn)知0FDM系統(tǒng)的子信道和功率分 配方案，該方案能滿足認(rèn)知系統(tǒng)中的兩種不同業(yè)務(wù)類型的用戶（延遲敏感用戶和延遲容忍 用戶）的不同Q0S需求，在最小化延遲敏感用戶的切換時(shí)延的基礎(chǔ)上，通過功率增強(qiáng)算法最 大化延遲容忍用戶的吞吐量。
[0007] 為解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0008] -種認(rèn)知0FDM系統(tǒng)的子信道和功率分配方法，其特征在于：在集中式的認(rèn)知無線 網(wǎng)絡(luò)中，隨機(jī)分布著e X.')個(gè)認(rèn)知用戶，其中，包括K1個(gè)延遲敏感用戶，K2個(gè)延遲容忍 用戶，網(wǎng)絡(luò)中可用頻譜被劃分為N個(gè)正交的子載波，包括以下步驟：
[0009] 步驟1、對(duì)授權(quán)用戶的信道占用進(jìn)行建模，建模為兩種不同的類型：隨機(jī)性的信道 占用模型和確定性的信道占用模型，在兩種不同的模型下，分別執(zhí)行下述步驟；
[0010] 步驟2、對(duì)于給定的授權(quán)用戶的信道占用模型，感知得到空閑子載波集合.1:，預(yù)測 空閑信道的空閑時(shí)間的長短, V" e ；
[0011] 步驟3、進(jìn)行延遲敏感用戶的子信道分配；搜尋離目標(biāo)速率要求相差最多的延遲 敏感用戶k%為其分配子載波

【權(quán)利要求】
1. 一種認(rèn)知OFDM系統(tǒng)的子信道和功率分配方法，其特征在于：在集中式的認(rèn)知無線網(wǎng) 絡(luò)中，隨機(jī)分布著K個(gè)認(rèn)知用戶，其中，包括K1個(gè)延遲敏感用戶，K2個(gè)延遲容忍用戶，網(wǎng)絡(luò) 中可用頻譜被劃分為N個(gè)正交的子載波，包括以下步驟： 步驟1、對(duì)授權(quán)用戶的信道占用進(jìn)行建模，建模為兩種不同的類型：隨機(jī)性的信道占用 模型和確定性的信道占用模型，在兩種不同的模型下，分別執(zhí)行下述步驟； 步驟2、對(duì)于給定的授權(quán)用戶的信道占用模型，感知得到空閑子載波集合#.，預(yù)測空閑 信道的空閑時(shí)間的長短
步驟3、進(jìn)行延遲敏感用戶的子信道分配；搜尋離目標(biāo)速率要求相差最多的延遲敏感 用戶k%為其分配子載汲
，從空閑子載波集合< 中移 去所分配的子載波
；依次為其余的延遲敏感用戶分配子信道，直到滿足所 有的延遲敏感用戶的最小速率要求； 步驟4、進(jìn)行延遲容忍用戶的子信道分配；對(duì)于集合中的第η個(gè)子載波，尋找可獲得 最大傳輸速率的用戶k% S卩：
將子載波η分配給用戶分配 k# ;依次分配完剩余的空閑子載波； 步驟5、功率的增加過程1 ;延遲敏感用戶與延遲容忍用戶之間的功率交換：定義表 征子載波效率函數(shù)的量：
在延遲敏感用戶的所分配的子載波 集合Qk，k = 1，2,中搜尋效率最低的子載波i，設(shè)置子載波^上功率的減小值：
(δ Pci為一個(gè)較小的經(jīng)驗(yàn)值，A為子載波i上的初始功率）；設(shè)置功 率的可能增加值：
為目前已分配功率和，Ω。表示延遲 容忍用戶所分配的子載波集合），計(jì)算延遲容忍用戶在相應(yīng)子載波上的潛在速率增加值：
表示每個(gè)子載波的數(shù)據(jù)速率），尋找速率增 加最多的子載波?，計(jì)算該子載波?獲得后總的干擾是否小于干擾門限，如果滿足干擾 約束，則將功率~,;分配給該子載波。持續(xù)進(jìn)行該過程，直到發(fā)現(xiàn)干擾超過門限，或者延遲敏 感用戶的實(shí)際速率小于最小速率要求為止； 步驟6、功率的增加過程2 ;延遲容忍用戶之間的功率交換：功率交換的過程同步驟5， 不同的是，功率交換的過程開始于效率最低的延遲容忍用戶的子載波。
【文檔編號(hào)】H04L5/00GK104219190SQ201410451908
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】劉淑華, 張海林, 李勇朝, 李宏, 盧小峰 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)