认知无线电网络协作通信的功率和时间联合分配方法

摘要

本发明公开了一种认知无线电网络协作通信的功率和时间联合分配方法。本发明将认知无线电网络中的主用户作为中继，协作从用户完成传输，对功率和时间进行了联合分配，在选择最佳功率分配时，兼顾了时间的最佳分配。它将原始的分配问题分解为外层功率分配和内层时间分配的两个子问题，利用拍卖方法，基于给定的主用户传输功率，对从用户进行内层的传输时间分配；利用局部搜索方法在外层分配主用户的传输功率。这样既有效地提高了频谱利用率，又实现了主用户整体效用的最大化。一方面，为每个从用户寻求使其效用最大的主用户，并在分配的时间内进行协作传输；另一方面，同时满足主用户之间总功率限制的要求。

主权项

一种认知无线电网络协作通信的功率和时间联合分配方法，所述认知无线电网络包括一个基站PBS，M个主用户PU_m，m＝1L M和N个从用户SU_n，n＝1L N；M个主用户都与基站PBS通信，形成上行网络；主用户PU_m占用信道m，其传输功率为P_m；基站PBS的可接受功率为P_tot，主用户的功率向量P＝(P₁,L,P_M)由基站PBS确定，且满足从用户SU_n的发送端为ST_n，接收端为SR_n；主用户将信道分配给需要协作通信的从用户，每个信道在同一时间内最多只能被分配给一个从用户使用，每个从用户最多只能分到一个信道；主用户PU_m可用来分配的总传输时间为T_m，主用户PU_m的单位时间价格为c_m，从用户SU_n得到其协作传输的主用户PU_m所分配的时间是t_mn；主用户PU_m的效用函数用u_m表示，且定义其特征在于：包括以下步骤：步骤1：基站PBS初始化功率向量P＝(P₁,L,P_M)，并加入候选功率向量集合U中；步骤2：初始内层时间分配：建立初始内层时间分配模型并求解得到主用户整体效用，将其作为主用户整体效用最大值的初始值，所述初始内层时间分配模型为：$\underset{t}{\max mize}\underset{m}{\Sigma }{u}_m=\underset{m}{\Sigma }\underset{n}{\Sigma }{t}_{mn}·c_m---\left(1\right)$其满足约束条件：$\underset{n}{\Sigma }{t}_{mn}\le T_m,\forall m---\left(2\right)$步骤3：从所述候选功率向量集合中取出一个候选功率向量作为当前候选功率向量；步骤4：外层功率分配：生成所述当前候选功率向量的所有邻居功率向量；步骤5：对所述当前候选功率向量的每个邻居功率向量进行邻居内层时间分配：建立邻居内层时间分配模型并求解得到相应的主用户整体效用，更新所述候选功率向量集合和主用户整体效用最大值，其中邻居内层时间分配模型为：$\underset{t}{\max mize}\underset{m}{\Sigma }{u}_m=\underset{m}{\Sigma }\underset{n}{\Sigma }{t}_{mn}·c_m---\left(3\right)$其满足约束条件：$\underset{n}{\Sigma }{t}_{mn}\le T_m,\forall m---\left(4\right)$步骤6：判断所述候选功率向量集合是否为空，如果是，转向步骤7；否则，转向步骤3；步骤7：完成功率和时间分配，开始协作传输：根据使得主用户整体效用达到最大值时的功率和时间分配，所有主用户分配从用户的请求时间，并以对应功率在这段时间内协助从用户进行通信。