[发明专利]认知无线网络中面向授权用户安全传输的功率分配方法

摘要

本发明公开的认知无线网络中面向授权用户安全传输的功率分配方法。根据信道占用状况及感知结果，系统有四种状态。在每一种状态，计算了认知用户的传输速率及授权用户的安全传输速率及其安全中断概率。在授权用户安全中断概率的约束下，最大化认知用户的平均传输速率，得到每一种系统状态的功率分配。与对比方案相比，所提方案可以提高了认知用户的传输速率，同时保证授权用户的安全传输。

主权项

1.一种认知无线网络中面向授权用户安全传输的功率分配方法，其特征在于，认知用户采用Overlay方案接入信道，在授权用户安全中断概率约束下，最优的分配功率，具体实施步骤如下：1)认知用户首先对信道进行感知，根据感知结果和信道状态使用情况，得到四种系统状态；2)针对每一种系统状态，计算授权用户的安全速率和认知用户的传输速率，根据四种系统状态分析，得到认知用户的平均传输速率以及授权用户的平均安全中断概率；3)在授权用户平均安全中断概率的约束下，最大化认知用户的平均传输速率，得到优化问题P1，通过引入指示函数，将优化问题P1转化为问题P2，然后对问题P2，采用对偶分解求解，获得拉格朗日对偶函数，此时，优化问题P2转化为问题P3，P3分解为四个问题，对于认知用户在状态0和状态2时的传输功率和可以从拉格朗日对偶函数的导数获得，而对于认知用户在状态1和3时的传输功率和需要分解优化问题P5及类似的优化问题P6获得；状态0：信道空闲且检测空闲；状态1：信道占用但检测为空闲；状态2：信道空闲，但检测为占用；状态3：信道占用且检测为占用；在授权用户平均安全中断概率的约束下，最优分配认知用户传输功率以最大化认知用户的平均传输速率并得到相应的优化问题；针对此优化问题，采用对偶分解的算法进行求解并得到最优的传输功率，具体实施步骤如下：在授权用户平均安全中断概率的约束下，最大化认知用户的传输速率，得到以下优化问题：其中R_s为认知用户的平均传输速率，为授权用户平均安全中断概率，P_th为最大安全中断概率约束，P_av为认知用户的平均功率约束，P_s为认知用户的最大传输功率，为认知用户的平均传输功率：其中T为一帧长度，τ为频谱检测时隙长度，E(·)为期望操作，P₀、P₁、P₂和P₃分别为状态0、1、2和3的概率，对于P1的求解，引入指示函数：其中和分别为授权用户状态1和3的安全速率，R_sec为目标安全速率，此外，由于感知时间长度相比于传输时间长度太短，因此，忽略授权用户在感知时间内的传输，因此可以得到其中，g_tr表示授权用户发送端到接收端的信道功率增益，g_te表示授权用户发送端到窃听端的信道功率增益，g_se表示认知用户发送端到窃听端的信道功率增益，g_sr表示认知用户发送端到授权用户接收端的信道功率增益，P_b为授权用户的发射功率，此时，问题P1可以转化为问题P2对于问题P2，采用对偶分解求解，其拉格朗日对偶函数为：其中λ和μ为拉格朗日乘子，因此，优化问题P2变为：其对偶问题为：s.t.λ,μ>0P3可以分解为四个问题，对于和可以从拉格朗日对偶函数的导数得到为：从而得到其中，g_sa是认知用户发送端到认知用户接收端的信道功率增益；对于其分解的优化问题为R_s⁽¹⁾为认知用户在状态1的传输速率；由于是由和R_sec决定，根据解的情况分析设其中并且1)当方程没有根时：优化问题为：设可以得到最优解为g_ta是授权用户发送端到认知用户接收端的信道功率增益；2)当方程有两个根时，并设两个根为和令P6的一阶导数等于0，可以得到a)当且此时最优的功率为如果则最优传输功率为如果且此时最优传输功率为如此时最优的传输功率为如果此时最优的传输功率为如果此时最优的传输功率为b)当或者此时最优的功率为如果此时最优传输功率为如果此时最优的传输功率为c)当或此时最优的功率为如果此时最优传输功率为如果且此时最优的传输功率为如果此时最优的传输功率为d)当且此时最优的功率为如果则最优传输功率为如果且此时最优传输功率为如此时最优的传输功率为如果此时最优的传输功率为如果且此时最优的传输功率为如果则最优传输功率为e)当此时最优的功率为如果此时最优传输功率为如果或此时最优的传输功率为f)当或此时最优的功率为如果此时最优传输功率为同理，得到的最优功率分配。