基于效用优化的认知协作网络联合资源分配方法与流程

本发明涉及无线通信技术领域，特别是认知协作网络资源分配技术。

背景技术：
随着无线通信技术的快速发展，无线设备迅速普及，无线网络在国家经济发展中发挥着越来越重要的作用，并且已渗透到社会的各个领域中。无线技术的飞速发展使得无线网络呈现出高速化、宽带化、异构化等特点，同时也带来了一系列严峻的挑战，其中最为紧迫的即是用户对频谱资源需求的不断增长，导致现有静态分配的认证频带已无法满足用户通信需求。但另一方面，部分已分配认证频带在一些时间或者地区并没有得到充分使用，导致频谱利用率低下。为有效提高频谱资源利用率，缓解频谱资源匮乏问题，采用动态频谱接入机制的认知无线电技术近年来受到广泛关注。认知无线电系统采用基于软件无线电技术的认知无线电终端，能够动态感知可用频谱，分辨当前网络状态，根据这些状态进行规划、决策和响应，在不影响授权用户(主用户)正常通信情况下动态、智能接入频谱进行数据传输，从而可有效实现频谱资源共享，提高频谱利用率，缓解频谱资源稀缺的问题。中继协作通信技术通过用户之间的协同传输，可有效提高网络容量和数据传输质量，并降低终端传输功率。认知网络中采用协作通信技术能够使网络中各用户在共享频谱资源的情况下，实现网络性能增强及频谱利用率的提高。认知协作网络中如何结合用户链路特性及业务需求，实现优化子信道、功率分配及中继节点选择是亟待解决的问题。目前已有认知无线电系统中的资源分配方法设计，如文献[冯志勇，张平，何春，基于中继协作传输的认知无线电系统及其资源分配方法，公开号CN101895991B，公开日2013年11月6日]提出一种基于中继协作传输的认知协作系统优化频谱、传输速率分配及中继、路径选择机制，以实现系统有效吞吐量最大化及用户QoS保障。文献[LiyingLi,XiangweiZhou,HongbingXu,SimplifiedRelaySelectionandPowerAllocationinCooperativeCognitiveRadioSystems,IEEETransactionsonWirelessCommunications,Vol.10,No.1,Jan2011]中提出一种联合中继选择和功率分配的方法，在不干扰主用户正常通信的条件下，优化中继选择和功率分配以实现从用户系统吞吐量最大化。现有研究主要以系统吞吐量最大化为优化目标，未考虑用户能耗，可能导致用户能效较低，对于大量用户，特别是使用能量敏感终端的用户，业务体验将受到严重影响；另外，现有研究较为孤立地考虑认知网络中的中继选择、子信道分配或功率分配问题，未综合考虑多因素的联合优化，无法实现网络整体性能优化。

技术实现要素：
针对现有认知无线网络中频谱、功率分配存在的技术难题，本发明提出一种基于效用优化的认知协作网络联合资源分配方法。认知无线电网络中主、从用户共享频谱资源进行信息传输，各主用户占用相应授权频带进行通信，各从用户对在不干扰主用户通信的情况下，采用直传或者中继协作方式进行通信。网络资源调度器(NRM)接收各从用户业务请求，建模从用户联合效用函数，基于效用最大化准则，实现各从用户子信道、发送功率、协作中继节点的联合优化分配。本发明有效实现认知网络中频谱资源共享，提高整个网络的效用。具体技术方案如下：一种基于效用优化的认知协作网络联合资源分配方法，在有多个主用户及从用户对的认知协作网络中，从用户对以直传或中继协作方式进行通信，网络资源调度器NRM接收各从用户发送的业务请求消息，根据从用户传输模式、协作中继节点选择、子信道及功率分配，建立从用户变量矩阵X，根据从用户吞吐量确定从用户联合收益函数R(X)，根据节点选择直传通信模式时消耗的功率、节点采用中继协作通信模式的发送功率确定联合成本函数P；建立从用户联合效用函数U(X)＝R(X)-λP；基于效用最大化准则求解联合效用函数最大...