[发明专利]一种能效优先的全双工认知系统频谱共享方法

说明书

本发明公开一种能效优先的全双工认知系统频谱共享方法，在时间轴上，将每个占用期和接下来的一个空闲期视为一个授权通信周期，在第i次授权通信周期内，初始化既得能量效率认知用户在授权频段上实施频谱检测及信道增益参数估计，并基于频谱检测结果实时判断授权用户占用频谱的情况；若授权用户不存在，认知用户以正常的发送功率传输数据，并计算此时的既得能量效率；若授权用户存在，则估计接入授权频谱的潜在能量效率，并将潜在能量效率与所述既得能量效率进行比较，当潜在能量效率高于既得能量效率时，接入授权频段，否则不接入。通过此方法，能使认知频谱共享方法适应动态变化的无线频谱环境，最大限度地提升能量效率。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种高能效的全双工认知系统频谱共享方 法。

背景技术

在全双工认知无线电网络中，现有的频谱共享方式主要是从提升无线通信频谱效率 的角度而设计。例如，基于全双工的频谱共享方式包括全双工Interweave、全双工Underlay 以及全双工Hybrid等，这些频谱共享方法虽然能提升频谱利用率，但是欠缺对能量效率 的考虑，其能量效率仍有进一步提升的空间。全双工Interweave方式下的认知用户在授 权用户不存在时才传输数据。全双工Underlay方式下的认知用户不管授权用户是否存在， 都以固定的较小功率发送数据。全双工Hybrid方式则结合了上述两种方式来进一步提升 频谱效率，当授权用户不出现时，全双工Hybrid方式与全双工Interweave方式相同，以正 常功率发送数据；而当授权用户出现时，全双工Hybrid方式与全双工Underlay方式相同， 以较小功率发送数据以避免对授权用户造成干扰。然而，虽然上述全双工频谱共享方式 一定程度地提升了频谱利用率，但提升吞吐量所带来的能量消耗也相应增加，因此，上述全双工方案的能量效率(即传输单位比特数据所消耗的能量值)有待提升。

发明内容

为了提升全双工认知无线电的能量效率，本发明提出一种能效优先的全双工认知系 统频谱共享方法(又称自适应方法)，全双工认知用户可根据授权频谱空闲和占用期间的能量效率大小关系决定是否接入授权频段，从而使认知频谱共享方法适应动态变化的无线频谱环境，最大限度地提升能量效率。

本发明的技术方案是：

一种能效优先的全双工认知系统频谱共享方法，在认知用户活动的时间轴上，将授 权用户对频谱的占用描述为交替的占用期和空闲期，将每个占用期和接下来的一个空闲 期视为一个授权通信周期，所述授权通信周期的总时长以及其中的空闲期时长与占用期 时长的比例不要求完全一致；

在第i个授权通信周期内，初始化既得能量效率E₁＝0，其中，i＝1…N，N表示采样时 间轴上的授权通信到达-离去的次数；初始化既得能量效率E₁＝0；认知用户在授权频段上实施频谱检测及信道增益参数估计，并基于频谱检测结果实时判断授权用户占用频谱的情况；

若授权用户不存在，则认知用户以正常的发送功率传输数据，并计算此时的既得能 量效率E₁；

若授权用户存在，则估计接入授权频谱的潜在能量效率E₂，并将所述潜在能量效率 E₂与所述既得能量效率E₁进行比较，当所述潜在能量效率E₂高于所述既得能量效率E₁时，认知用户接入授权频段，否则不接入授权频谱。

其中，所述既得能量效率E₁的计算公式如下：

式中，参数t_i为空闲期时长，W表示认知用户占用的频带宽度，P_t表示授权用户不存在时认知用户的正常发送功率，h_s(t)表示认知用户发送端和接收端之间的信道增益，表示认知用户接收端的噪声方差，P_s表示认知用户用于频谱感知的功率。