[发明专利]基于随机网络模型的认知无线网络功率控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术中的认知无线电领域，具体地说是一种基于随机网络模型的认知无线网络次级用户的功率控制方法，以实现对主用户的干扰保护。

背景技术

随着无线通信业务的迅猛增长，无线频谱已经成为一种稀缺资源。而传统的固定频谱分配方式虽然可以有效保证主用户(授权用户)的服务质量，却造成了频谱资源的巨大浪费。为了提高现有频谱资源的利用效率以及满足这种日益增长的无线频谱资源的需求，Mitola等人提出了认知无线电的概念。认知无线电的主要思想是在保证主用户服务质量的前提，允许次级用户以“动态频谱接入”的方式利用主用户的授权频段，从而提高频谱资源的利用效率。

认知无线电的动态频谱接入方式主要有两种:1)Underlay模式，这种模式允许次级用户使用授权频段而不必考虑主用户是否正在使用该频段，同时保证共存的主用户受到干扰在可容忍的范围内，如图1所示。Underlay模式最显著的特点就是次级用户不需要去感知主用户的授权频段是否有主用户存在，而直接使用该授权频段。在这种模式下，次级用户不需要对授权信道进行感知探测，从而避免了感知主用户授权频段所需要的开销(时间和能量)。这种方式的前提就是主用户受到的干扰在可容忍的范围内。2)Overlay模式，也称为机会频谱接入。次级用户机会地利用频谱在时域、频域和空域上的频谱空洞，即次级用户仅能在主用户没有使用授权频段的条件下使用该频段，如图1所示。当主用户返回使用该授权频段时，次级用户必须立即停止在该频段上的工作，寻找并转移到其他频段。

次级用户动态地利用主用户授权频段的前提是保护现有主用户的正常通信。在对主用户保护的研究中，干扰温度是一种常用的模型，其主要思想是将主用户接收到次级用户的干扰控制在干扰温度值以下。然而，在实际的应用中，干扰温度模型存在以下诸多不足：1)需要已知同时使用主用户授权频段的次级用户个数，并且次级用户之间需要协调；2)需要已知次级用户的位置信息及大尺度路径损耗；3)需要已知每个次级用户到主用户之间的实时信道质量信息，这在一般情况是很难获得的。由于网络拓扑和无线环境多变性，干扰温度模型很难适应无线网络环境的实际情况，尤其是将整个认知无线网络对主用户的干扰之和（聚合干扰）的绝对值控制在干扰温度值以下，这种苛刻的限制条件在随机变化的无线网络环境中是很难实现。

干扰概率模型的主要思想是将认知无线网络对主用户的干扰概率控制在主用户系统要求的门限值以下。干扰概率模型以主用户的干扰概率为研究对象，允许出现主用户受到的干扰值超过其干扰门限，发生一定程度的干扰。这种干扰概率模型更能贴近于实际的无线网络变化的环境，并且更易于实现。干扰概率模型提出主要针对信道的随机性，来控制次级用户对主用户的干扰概率。这种方法仍然需要已知次级用户的个数，以及次级用户到主用户的大尺度的路径衰落，并且仍然没有考虑认知无线网络的随机性带来的不确定性。

发明内容

本发明的目的是针对认知无线网络中，次级用户的个数和位置随机分布带来的对主用户保护困难的问题，应用随机几何理论的最新成果，对认知无线网络的次级用户发射功率进行控制，使认知无线网络对主用户造成的干扰概率低于系统要求的门限值。从而，使次级用户最大化利用频谱资源的同时，有效地保护了主用户通信，避免了给主用户造成过度的干扰。

本发明的技术方案是：

一种基于随机网络模型的认知无线网络功率控制方法，它包括以下步骤：

步骤1.计算认知无线网络对主用户造成的聚合干扰的n阶累积量：

根据随机几何理论，认知无线网络对主用户造成的聚合干扰的n阶累积量表示为