[发明专利]一种用于认知全双工无线通信系统的功率分配方法

摘要

本发明的用于认知全双工无线通信系统的功率分配方法，先确定认知用户发射功率与主用户干扰限制之间的关系，建立以和容量最大化为目标的优化函数，通过变量代换将有约束优化函数转换为无约束优化函数，并将优化参数由两个转换为一个，并对该优化参数求极值，获得认知用户最优功率分配。采用本发明的功率分配方法，建立了联合以主用户服务质量和认知用户极值发射功率限制为约束的数学优化模型，并将原来含有两个变量的有约束优化函数简化为单变量的无约束优化函数，能够以较小的运算代价获得最优功率分配；采用本发明可显著提高频谱利用效率及认知用户的系统性能。

主权项

1.一种用于认知全双工无线通信系统的功率分配方法，所述认知全双工无线通信系统包括一个主用户以及两个以上认知用户，所述方法包括如下步骤：S1、获取认知用户发射功率与主用户干扰限制间满足的条件关系；S2、以认知用户的和容量最大化为目标，建立以主用户干扰限制和最大发射功率限制为约束的双变量的有约束优化函数；S3、在首先不考虑认知用户最大功率限制的前提下，利用认知用户发射功率与主用户干扰限制间满足的条件关系，将第二认知用户的发射功率表示为第一认知用户的发射功率的函数，构建以第一认知用户的发射功率为单变量的无约束优化函数；S4、以第一认知用户的发射功率为变量对所述无约束优化函数求极值，获得第一认知用户的发射功率为最优时的表达式，并对该表达式求解，获得第一认知用户的最优发射功率；S5、基于已获得的第一认知用户的最优发射功率计算第二认知用户的最优发射功率；S6、基于认知用户的最大功率限制，对所获得的认知用户发射功率进行修正，其特征在于，所述步骤S1的获取认知用户发射功率与主用户干扰限制间满足的条件关系具体包括：认知用户同时同频双向传输，其对主用户造成的干扰满足：P1|h1P|2+P2|h2P|2≤Ith             (1)其中P1和P2分别表示第一认知用户和第二认知用户的发射功率，h1P和h2P分别表示两认知用户到主用户之间的干扰信道，Ith表示主用户所允许的最大干扰门限，所述步骤S2的以认知用户的和容量最大化为目标，建立以主用户干扰限制和最大发射功率限制为约束的双变量的有约束优化函数具体包括：以认知用户的和容量最大化为目标，建立两个认知用户的最优发射功率的优化函数，如式(2)所示：式中，γ1和γ2表示第一认知用户和第二认知用户的接收信干噪比，并分别表示为式中，h12和h21分别表示第一认知用户和第二认知用户之间的传输信道，hp1和hp2分别表示主用户到第一认知用户和第二认知用户的干扰信道,h11和h22分别表示第一认知用户和第二认知用户的自干扰信道，PP为主用户的发射功率，N0表征噪声功率；认知用户的发送功率不仅需要满足主用户干扰约束，还受最大发射功率的限制，以此建立如下优化函数，如式(5)所示：式中，P₁^max和分别表征第一认知用户和第二认知用户的最大发射功率限制，所述步骤S3的构建以第一认知用户的发射功率为单变量的无约束优化函数具体包括：首先不考虑最大发射功率限制，对于优化函数(5)，若最优的功率分配方案满足下述条件则必然存在因子ε>1，使得成立；令则当认知用户以功率及发送信号时，主用户的干扰限制仍然满足，此时第一认知用户与第二认知用户接收信干噪比为原始优化函数(5)等效为利用公式(8)中的等式约束条件，功率P1与P2满足：P2＝α1P1+β1                      (9)式中α1＝‑|h1P|2/|h2P|2，β1＝Ith/|h2P|2；将式(9)代入有约束优化函数(8)中并整理，式(8)将转变为无约束优化函数，如式(10)所示：式中α2＝α1|h21|2+|h11|2，β2＝β1|h21|2+PP|hP1|2+N0，α3＝|h11|2，β3＝PP|hP1|2+N0，α4＝α1|h22|2+|h12|2，α5＝α1|h22|2，β5＝β4，β4＝β1|h22|2+PP|hP2|2+N0。