[发明专利]基于频谱填充的认知OFDM网络自适应资源分配方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别是一种基于频谱填充的认知OFDM网络自适应资源分配方法。

背景技术

近年来，随着无线通信技术的迅速发展，使得有限的频谱资源日趋匮乏。然而美国联邦通信委员会的研究报告表明：频谱资源的使用情况极度不平衡，具体表现为：目前分配的授权频段频谱利用率只有15%-85%，而3GHz以下频段的频谱利用率只有35%。这是由于长期以来的静态频谱分配方式使得很多适宜无线信号传输的频谱经常处于闲置状态，因此造就了频谱资源的极大浪费。在这种背景下，J.Mitola III博士在1999年提出了认知无线电的概念；它是通过不断认知外部通信环境信息，识别当前环境中的频谱空洞，实现了其它授权频谱资源在空域、时域以及频域上的再利用，从而有效提高频谱利用率。在J.Mitola III博士研究工作的基础上，美国弗吉尼亚工学院的研究人员在2005年首次明确提出认知无线网络的概念，认知无线网络是认知无线电技术的扩展，它不仅重视频谱资源的合理利用，更注重网络整体性能的优化。

由于认知无线网络发现的频谱空洞可能位于很宽的频谱范围，并且是不连续的，因此研究人员对OFDM技术进行改进，提出了适用于认知网络的NC-OFDM技术。基于NC-OFDM技术的接入方式并不是一个OFDM符号内的所有子载波都可以被认知用户使用，授权用户会占用其中部分子载波，为了避免对授权用户造成干扰，这些被占用的子载波不能用来传输数据，将基于NC-OFDM技术的认知无线网络，简称为基于频谱填充的认知OFDM网络。

基于频谱填充的认知OFDM网络中的无线资源非常匮乏，而这些无线资源成为限制系统性能的主要方面，因此需要在基于频谱填充的认知OFDM网络中对这些无线资源进行合理的分配。基于频谱填充的认知OFDM网络资源分配技术是从认知网络和授权网络之间干扰协调的角度出发研究认知网络的动态子载波和功率分配技术，其目的是在不影响授权用户网络正常通信的情况下，尽可能有效地利用这些无线资源来达到更高的频谱效率，同时还需要保证认知用户的满意度。然而与传统OFDM网络相比，基于频谱填充的认知OFDM网络具有许多特殊性质，使得现有的资源分配方法难以满足其要求，尤其是满足绿色通信要求和实时业务需求的基于频谱填充的认知OFDM网络资源分配方法尚缺乏研究。

专利1（认知正交频分复用系统中基于业务质量的资源分配方法，南京邮电大学，公开号CN102291352A，申请号CN201110236043.6，申请日2011.08.17）公开了一种基于业务质量的认知正交频分复用系统中的资源分配方法，该方法在次用户总的发送功率和主用户的干扰门限限制下，根据次用户的需求比例，对实时业务进行自适应比特和功率分配，直到满足其速率要求，最后将剩余的资源分配给非实时业务。该方法是针对Underlay模式的认知OFDM网络设计的资源分配方法，没有设计基于频谱填充模式的认知OFDM网络资源分配方法。

专利2（一种基于冲突阈值限制的子信道分配方法，南京邮电大学，公开号CN103326984A，申请号CN201310279834.6，申请日2013.07.04）公开了一种基于冲突阈值限制的子信道分配方法，该方法将冲突阈值与有效吞吐量相结合，根据各个子信道的发送数据包大小和其空闲概率分布参数，选择满足自身数据要求的最少数目子信道，从而让更多的次用户发送数据。但是该方法只从频率范畴考虑资源的动态分配，不能从功率维度进一步优化资源利用率。另外，上述两个方法都是以最大化吞吐量为优化目标，不能满足认知OFDM网络的绿色通信资源分配需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效、可靠的基于频谱填充的认知OFDM网络中自适应资源分配方法，从频率和功率两个维度动态按需分配资源，充分挖掘基于频谱填充的认知OFDM网络中可用的频谱空洞资源。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于频谱填充的认知OFDM网络自适应资源分配方法，包括以下步骤：

步骤1，认知基站检测频谱空洞和空闲子载波上的噪声功率；

步骤2，认知基站获取各认知用户信道状态信息和实时业务传输速率需求；

步骤3，认知基站采用量子粒子群方法对基于频谱填充的认知OFDM网络中的频率和功率资源进行分配，包括以下步骤：

步骤3.1，认知基站初始化量子粒子群方法的参数；

步骤3.2，初始化种群中的每个粒子位置向量，该位置向量包括频率和功率资源；

步骤3.3，确定种群中每个粒子的适应值和种群中适应度最小的粒子；