[发明专利]认知正交频分复用系统中的自适应资源分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种特别用于认知无线电网络中基于OFDM的资源分配实现方案，属于通信技术领域。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，无线频谱资源已成为信息社会不可缺少的宝贵资源。然而根据美国联邦通信委员会(FCC)提供的数据来看，已经分配的频谱利用率却只有15％-85％，这是由于现行的频谱授权机制采用固定的频谱分配，使得频谱利用率低，从而导致大量频谱资源浪费，因此在无线通信技术中，频谱接入和分配的合理性比频谱的物理稀缺显得更加重要。而认知无线电技术被认为是解决无线频谱利用率低的最佳解决方案。认知无线电(Cognitive Radio，CR)技术提出一种动态频谱共享的框架，允许认知用户(Cognitive User，CU)在不影响授权用户(Primary User，PU)工作的前提下智能地利用大量闲置频谱，动态地进行频谱分配并且随时随地、高可靠性的通信。因此研究认知无线电环境下的动态信道分配和接入技术显得更有实际意义。

由此可知，自适应数据传输技术是认知无线电系统利用空闲频谱进行通信，从而整体提高频谱利用率的关键技术之一。由于认知无线电系统可能工作在非常宽的频带内，而且频谱一般不连续，所以数据传输方式必须能够自适应这种特性。OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)由于既能动态利用频谱资源，并根据子信道特性自适应加载，又能对授权用户频谱占用情况进行快速分析，具有频谱利用率高，抗多径效应能力强，可灵活控制和利用频谱、功率等资源，在宽带无线通信系统设计中得到了广泛应用。将OFDM应用于认知无线电中，通过对每一个子载波依据其各自不同的信道条件动态地选择调制和编码方案，能方便的实现传输链路自适应。

正交频分复用(OFDM)技术正是无线通信在有限的无线频段内传送高速率、宽频带的多媒体业务的关键技术。随着数据速率的不断提高，高速数据通信系统的性能不仅仅受噪声限制，更主要的影响来自于无线信道的时延扩展特性导致的码间干扰。这种码间干扰主要是由于发射机和接收机之间存在多条时延不同的无线传播路径造成的。一般而言，只要时延扩展远远小于发送符号的周期，则码间干扰造成的影响几乎可以忽略。对于高速数据业务，发送符号的周期可以与时延扩展相比拟，甚至小于时延扩展，此时将引入严重的码间干扰，导致系统性能急剧下降。

OFDM基本原理就是将高速的数据流分解成多路并行的低速率数据流，在多个载波上进行传输。对于低速率的并行的子载波而言，由于符号周期展宽，多径效应造成的时延扩展相对变小，当每个OFDM符号中插入一定的保护时间后，码间干扰几乎可以忽略。

传统OFDM系统中的自适应分配问题，一般是对给定的发送功率和传输带宽，在保证服务质量(QoS)所需要BER的条件下，根据子信道的瞬时特性自适应地为多用户分配子信道和子信道上的比特率，使系统容量最大化。但在认知系统中主用户和次用户经常同时使用相邻的频谱，从而会产生不可避免的相互干扰，所以如何利用OFDM技术的特性减小这种相互干扰是一个重要的问题。

发明内容

技术问题：本发明的目的是在于提供一种认知正交频分复用系统中的自适应资源分配方法，该方法从最大化次用户的总传输比特速率出发，在次用户总的发送功率限制和主用户的干扰门限限制下，基于构建的新的代价函数，运用改进的匈牙利算法进行子信道分配，然后根据次用户的需求，进行自适应比特和功率分配。

技术方案：本发明提供一种OFDM认知无线电系统中的自适应资源分配方法，该方法根据信道情况，构建代价函数，并运用改进的匈牙利算法进行子信道分配，得到次用户的子信道集合，然后根据次用户的需求，进行自适应比特和功率分配，以保证在次用户总的发送功率限制和主用户的干扰门限限制下，最大化次用户系统容量。

该方法包括以下步骤：

a.次用户基站根据感知所得的信息，实时地更新次用户k的通信链路增益主用户对次用户k的干扰链路增益次用户k对主用户的干扰链路增益以及各子信道与主用户所占频谱间的距离d_nl，其中d_nl为第n个子信道与第l个主用户所占频带间的距离；