[发明专利]一种认知无线电系统中基于效用函数的分布式功率控制方法

说明书

技术领域

一种认知无线电(Cognitive Radio)系统中基于效用函数的分布式功率控制方法，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控制。

背景技术

随着无线通信技术的发展，目前无线应用不断拓展，频谱资源的缺乏已成为无线应用研 究过程中不得不面临的问题。当前的频谱管理策略是基于静态控制的模型。管理机构将可用 频谱资源划分成固定、非重叠的频谱块，并通过保护频带进行分割，将这些频谱块以独占 (exclusive)的方式分配给不同的服务和技术，例如：移动通信运营商、广播电视、军事和 公共安全部门。但大量的测量数据表明，当前的频谱管理策略导致了很低的频谱利用率。

为了解决上述频谱利用率低下的问题，近年来，一种称为认知无线电(Cognitive Radio， CR)的新的频谱使用模式正逐渐受到人们的关注。认知无线电的基本思想是：在不对拥有频 谱的主用户(Primary User，PU)产生有害干扰的前提下，认知无线电用户(Cognitive Radio User，CRU)通过择机(opportunistic)的方式接入主用户的空闲频段，以提高频谱利用效率。 认知无线电是一个智能无线通信系统。它能够感知外界环境，并使用人工智能技术从环境中 学习，通过实时改变某些操作参数(比如传输功率、载波频率和调制技术等)，使其适应接收 到的无线信号的统计性变化，从而实现任何时间任何地点的高度可靠通信以及对频谱资源的 有效利用

功率控制是认知无线电研究中的一个核心问题，它不仅需要实现对主用户的保护，也需 要提供对认知用户的服务质量(Quality of Service，QoS)保证。然而，这两个目的在很大程 度上是相互矛盾的。因此，从这个角度出发，我们认为一个适用于认知无线电网络中的良好 的功率控制方案首先应是一个性能良好并能满足以上两个条件的折中方案。其次，考虑到实 际应用方面的问题，功率控制方案应当能够满足现有业务的需要并且具有易于实现性。

通过对现有功率控制方案的研究，我们发现现有功率控制方案可以粗略地分为两大类： 一是适用于集中式场景下的功率控制策略，二是适用于分布式场景下的功率控制策略。认知 无线电网络中，频谱资源的利用是在不对PUs产生有害干扰前提下进行的，分布式功率控制 凭借其灵活的控制性和对主用户有害干扰的更易避免性，受到了较多研究者的青睐。一些研 究者参考传统ad hoc网络中功率控制的方法，从集中式策略入手，再将集中式策略转换成分 布式策略，但大多数的功率控制策略是以博弈论为基础出发考虑。虽然这些方案的数学理论 基础一样，但也存在着不同的地方。它们或是以满足信干噪比为目的，或是以提高传输速率 为目的，或是以保护PUs为目的。然而，在现有的方案中，我们没有发现任何一个能满足上 述矛盾要求、适用于认知无线电网络中的良好的功率控制方案。

发明内容

本发明提出一种更加灵活和实用的分布式功率控制方案。此方案将结合接入控制策略。 首先，本方案是一种既满足了对PUs保护又支持了CRUs的QoS的折中的方案。其次，它能 满足现有网络业务的需要。此外，此方案基于非合作式的博弈论，即，它只需要各个CRU自 行调节其发射功率，因此避免了传统分布式功率控制需要大量信息交互的弊端。在本发明的 最后(具体实施方案)，我们给出了实现此方案的相应的协议流程。本发明考虑的是大区域的 分布式认知无线电系统中的功率控制方案，系统模型如图1所示。

认知无线电功率控制的两个最基本的要求是实现对PUs的保护(保证CRUs对PUs的干 扰不会超过PUs能承受的干扰范围)和提供对CRUs的QoS支持。一般来讲，QoS的好坏与 信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR)的满足与否有较大的关系。因此，本 发明将非授权用户i接收端获得的信干噪比γ_i能达到QoS要求的SINR，γ_d，作为目的之一：