一种基于多信道的认知用户能效优化方法

摘要

本发明公开了一种基于多信道的认知用户能效优化方法，属于数字通信技术领域。本发明将基于认知无线电的多信达能效模型，将对认知用户能效优化的处理转换为对其能效模型的对偶问题的优化，基于数据帧的传输结构，对可能出现最优感知时间的一段感知搜索时间段内的多个探测时间点分别计算其对应的优选总传输功率（包括空闲和忙两个状态），再从中查找出最小能效所对应的总传输功率和探测时间点，将其存储到当前待发送数据帧的帧结构中，作为当前数据帧的最优感知时间、最优分配功率。本发明用于认知无线电通信系统，其有益效果是：高效输出认知用户的最优感知时间点和传输功率分配，在频谱短缺的情况下优化通信传输系统的能效。

主权项

一种基于多信道的认知用户能效优化方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1：基于数据帧的帧传输时间T，设置感知时间的搜索时间段，将所述搜索时间段离散成多个间隔相同的测试感知时间点τ_test；步骤2：在当前待传输数据帧传输前，感知服务器分别对各个测试感知时间点τ_test计算优选总传输功率和优选能效η(τ_test,P⁽⁰⁾,P⁽¹⁾)^*：201：设置两个变量参数：λ1和λ2，λ1的初始值为0，λ2的初始值大于10^(‑10)；202：判断λ2与λ1的差值是否小于或等于预设值ε，若是，则执行步骤204；否则执行步骤203，所述预设值ε为小于或等于10^(‑10)的正数；203：通过内点法函数fmincon(x,y,z)计算F(λ_mid)的值，若F(λ_mid)小于或等于0，则令λ2等于λ_mid，并执行步骤202；若F(λ_mid)大于0，则令λ1等于λ_mid，并执行步骤202；其中λ_mid表示λ1与λ2的均值，F(λ_mid)＝min{E(τ_test,P⁽⁰⁾,P⁽¹⁾)‑λ_midC(τ_test,P⁽⁰⁾,P⁽¹⁾)}；所述内点法函数fmincon(x,y,z)中，x对应优化目标min{E(τ_test,P⁽⁰⁾,P⁽¹⁾)‑λ_midC(τ_test,P⁽⁰⁾,P⁽¹⁾)}，多信道认知用户的总平均能量$E({\tau }_{test},P^{\left(0\right)},P^{\left(1\right)})=E[{\mathrm{MP}}_{sens}{\tau }_{test}+\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}(T-{\tau }_{test})P_i],$多信道认知用户的平均传输速率$C({\tau }_{test},P^{\left(0\right)},P^{\left(1\right)})=E\left[\underset{i=1}{\overset{M}{\Sigma }}(T-{\tau }_{test})C_i\right];$符号E[·]表示求取平均值，P⁽¹⁾表示认知用户在忙状态下的总传输功率，P⁽⁰⁾表示认知用户在空闲状态下的总传输功率，P_sens表示认知用户的感知功率，M表示认知用户的子信道数，P_i＝α_0,iP⁽⁰⁾+α_1,iP⁽¹⁾+β_0,iP⁽⁰⁾+β_1,iP⁽¹⁾表示子信道i的平均传输总功率，C_i＝α_0,ir_00,i+α_1,ir_01,i+β_0,ir_10,i+β_1,ir_11,i表示子信道i的平均传输率，其中α_0,i、α_1,i、β_0,i、β_1,i表示信道i为检测状态a、b、c、d的概率，r_00,i、r_01,i、r_10,i、r_11,i表示对应信道i的检测状态a、b、c、d时的传输速率，所述检测状态a、b、c、d依次为：检测状态a，认知用户和授权用户均为空闲状态；检测状态b，认知用户为空闲状态且授权用户为忙状态；检测状态c，认知用户为忙状态且授权用户为空闲状态；检测状态d，认知用户和授权用户均为忙状态；y代表认知用户M个子信道的总平均功率限制条件其中P_av表示认知用户的平均最大传输功率；z代表每个子信道的平均干扰功率限制条件其中I_i表示子信道i中授权用户收到的干扰功率，表示授权用户能够接受的最大平均干扰；204：设置参数λ^*，所述λ^*的取值为λ1～λ2，并基于能效优化公式F(λ)＝min{E(τ_test,P⁽⁰⁾,P⁽¹⁾)‑λC(τ_test,P⁽⁰⁾,P⁽¹⁾)}，取变量λ的取值为参数λ^*时所对应总传输功率P⁽¹⁾和P⁽⁰⁾为当前测试感知时间点τ_test的优选总传输功率和并根据能效公式计算与所述优选总传输功率和对应的优选能效步骤3：在基于所述步骤1和2获取的各个感知测试时间点τ_test所对应的优选能量效率η(τ,P⁽⁰⁾,P⁽¹⁾)^*中，取最小的优选能量效率η(τ,P⁽⁰⁾,P⁽¹⁾)^*所对应的感知测试时间点、优选总传输功率和为当前待传输数据帧的最优感知时间、最优分配功率。