一种合作认知无线网络高能效资源分配方法与流程

技术特征：

1.一种合作认知无线网络高能效资源分配方法，所述认知无线网络包括主用户PU网络和次用户SU网络；所述每个主用户PU和次用户SU均设置有一对收端和发端；所述主用户PU网络利用次用户SU网络为协作中继；所述次用户SU网络和主用户PU网络采用信道通信；所述信道通信包括主信道和次信道；所述主信道为主用户PU网络的自身通信频谱；所述次信道为主用户PU网络出让给次用户SU网络的通信频谱；其特征在于：包括以下步骤：

S1：主用户PU网络设置出让给次用户SU网络的次信道带宽Wα；

S2：次用户SU网络根据次信道带宽和各次用户对能量代价的估值按照以下公式计算各次用户为主用户PU中继数据的传输功率：

Ax＝b；

其中，

矩阵A由各次用户之间的信道增益组成，A的第i行j列元素为h_s,ij，表示次用户SUi的发端到次用户SUj的收端之间的信道增益；

向量b由主用户PU网络出让给次用户SU网络的次信道带宽和各次用户的单位能量成本以及接收到的噪声综合得到；

h_sp,i表示次用户SUi的发端到主用户PU的收端之间的信道增益；c_i表示次用户SUi的单位能量成本；n₀表示接收到的噪声功率谱密度；

x表示最终得到的各次用户为主用户PU中继数据的最优传输功率与对应的次用户发端到主用户收端信道增益的乘积，即(x₁,x₂,…,x_M)＝(P₁*h_sp,1,P₂*h_sp,2,…,P_M*h_sp,M)^T，其中，P_i*是次用户SUi的最优传输功率；

S3：求解功率分配博弈获得的最优传输功率作为次用户SU网络为主用户PU网络中继数据的传输功率。

2.如权利要求1所述的合作认知无线网络高能效资源分配方法，其特征在于：所述功率分配博弈模型按照以下步骤建立：

按照以下公式确定三元组G＝(N,S,U)，其中，

N＝{PU,SU₁,…,SU_M}为参与者集合；

S＝{S_p,S₁,…,S_M}为策略集合；

其中，

U＝{U_p,U₁,…,U_M}为效用函数集合；

其中，主用户PU网络的效用函数按照以下公式计算：

$U_p\left(\mathrm{\α}\right)=W(1-\mathrm{\α}\mathrm{\β}){\log }_2(1+\frac{P_p{h}_p}{n_{0}W}+{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^M\frac{P_i{P}_p{h}_{sp,i}{h}_{ps,i}}{n_{0}W(P_i{h}_{sp,i}+P_p{h}_{ps,i}+n_{0}W)});$

其中，α表示主用户PU网络出让的次信道带宽占授权频谱总带宽的百分比；β表示主用户PU网络设置的保护间隔；P_p表示主用户PU的发射功率；h_p表示主用户发端和收端之间的信道增益；W表示主用户PU网络总的授权频谱带宽；n₀表示接收到的噪声功率谱密度；P_i表示次用户SUi的中继传输功率；h_sp,i表示次用户SUi发端到主用户PU收端的信道增益；h_ps,i表示主用户PU发端到次用户SUi收端的信道增益；

次用户SU网络的效用函数按照以下公式计算：

$u_i(P_i,P_{-i})={\mathrm{W\αlog}}_2(1+\frac{P_i{h}_{sp,i}{h}_{s,ii}}{n_{0}W\mathrm{\α}+{\mathrm{\Σ}}_{j\≠i}{P}_j{h}_{sp,j}{h}_{s,ji}})-c_i{P}_i;$

其中，c_i表示次用户SUi的单位能量成本；P_i表示次用户SUi的中继传输功率；P_-i表示次用户SUi的所有对手的中继传输功率组成的向量；h_sp,i表示次用户SUi发端到主用户PU收端的信道增益；h_s,ii表示次用户SUi的发端和收端之间的信道增益；n₀表示噪声功率谱密度；P_j表示次用户SUj的中继传输功率；h_sp,j表示次用户SUj的发端到主用户PU收端的信道增益。

3.如权利要求2所述的合作认知无线网络高能效资源分配方法，其特征在于：所述最优传输功率采用分布式更新算法计算，具体步骤如下：

步骤1：设定轮序数n＝1，按照以下公式计算：

$P_i\[n\]=\frac{b_i}{h_{sp,i}{h}_{s,ii}};$

其中，b_i为向量b的第i行元素；P_i[n]表示第n轮中次用户SUi的中继传输功率；

步骤2：设定n＝n+1；

步骤3：按照以下公式更新中继传输功率：

$P_i\[n\]=(\frac{{\mathrm{W\αh}}_{sp,i}{h}_{s,ii}}{c_{i}ln2}-n_{0}W\mathrm{\α}-{\mathrm{\Σ}}_{j\≠i}{P}_j\[n-1\]h_{sp,j}{h}_{s,ji})\frac{1}{h_{sp,i}{h}_{s,ii}};$

步骤4：按照以下规则判断所有次用户的中继传输功率与上一轮获得的中继传输功率是否相同：

对于任意i，P_i[n]＝P_i[n-1]是否都成立？如果否，重复步骤2；如果是，则结束；

其中，P_i[n]表示第n轮中次用户SUi的中继传输功率；P_i[n-1]表示第n-1轮中次用户SUi的中继传输功率。