施> 〇:,Vs e成^及条件似）：定义矩阵1喻频谱半径，口(1'^)=111曰^ |Ak I入k是Mk的特征值}，满足p(Mk)<l;如果条件(Cl)与(C2)能够满足，那么弓k =(1一 Mk)-^uk 其中I表示SkX Sk的单位矩阵；向量沪即qrisEOk)的每一个元素表示着每个洲S的最小 传输功率，SUs的每一项牠均满足要求;进一步可W从巧(即向量净k)中推出PU k的最小传输功率
：然后即可得到问题(P1-底层)可行的充分条件即条 件（巧>;佑荀::沪 < 化眶,化G H/(,且雜客皆抑ax。
[0077] 4、如权利要求2和3所述的一种认知无线电中基于分组博弈交换W及优化功率控制的 频谱资源配置方法，其特征在于:步骤4.2所使用的充分条件弓站< m邮片I站'胃J 求解的过程为：
[007引定义Nk为一个SkXSk矩阵(Sk表示Q冲SUs的总数），妒中的项表示如下：
[0080]此外，还需定义Skxi的向量vk与向量wk，其中向量vk与向量wk的每一项分别表示为
[0083] SUs的功率需要能够满足公式
，因而{0引sy，k 的发送功率可W表示为(?k(说）=(I _沪)-1(許+ W'c始）
[0084] 当始> 0时，(诚)中的项是非负的；则当O <沪(棘)空戦ax时，该优化问题是 可行的;在用(rk)s来表示向量xk的第S项，将旷(姑）二（I- N'〇-i(y +. w'f说）代入不等式
进一步明确当始满足不等式
'该不等 式的右边表示姑的下界，记作gk ;同时，通过将弓气始）二（I - Nk)-l〇k + VV "姑）与 {Qrx}seak相比较，求解得诚的上界，
其中妒'max表示Skx 1的 向量，具体可W表示为Qfc.峨*二姑.…:"，巧max,…诚'max};将说的上界记为卢；因而可W 得出该优化问题可行的充分条件为max{pfn…，里吁客始< min护，说'm"'x寺。
[0085] 5、如权利要求2或3所述的一种认知无线电中基于分组博弈交换W及优化功率控 制的频谱资源配置方法，其特征在于:步骤4.5通过单调性优化求解当前接入的SU S的最优 化的传输功率躬，PU k当前最大收益F(说k)，过程为：
[0086] 设置关于始的函数F(棘):，对应于货@K);
[0088] 受约束于；
[0091] 采用基于单调性优化的算法对F〇。优化问题进行求解.
[0092] 步骤4.5.1:引入辅助变量非授权用户的信噪比
Vs E卸，将 该问题转化为一个关于接入PU k的SUs的信噪比姑的单调性优化问题；
[0094] 其中
[00M]步骤4.5.2:设置初始最优非授权用户信噪比集合巧=炸叫，其中 = l，2,3，-'Sk;设置当前的迭代次数m=l;
[0096] 步骤4.5.3:针对当前的最优非授权用户信噪比集合域，计算集合中所有元素的 目标函数值(1 +姑），记录其中最大的目标函数值对应的点为zk'm;
[0097] 步骤4.5.4:根据对分法计算原点与zk'm的连线与矿f的交点
[0098] 步骤4.5.5:如果
则算法终止，转至步骤4.5.9;否则转至步骤 4.5.6;
[0099] 步骤4.5.6:根据公式yf'm 二 2化扣-(z'(.m - TT"'叫ef. i = 1,2,3,... SH十算出Sk个新 的非授权用户信噪比的可选最优解;其中蜂是Sk个相互正交的单位向量；
[0100] 步骤4.5.7:利用步骤4.5.6中计算出的Sk个可选最优解代替zk'm^更新当前的最 优非授权用户信噪比集合，记该集合为了点+1;
[0101 ] 步骤4.5.8:设置迭代次数m=m+l，进入下一次循环，返回步骤4.5.2;
[0102] 步骤4.5.9:算法终止，退出算法循环，输出非授权用户信噪比最优解{yfl为当前 集合中目标函数值最大的信噪比；
[0103] 步骤4.5.10:根据公式
设置Sk维向量rk;根据公式qk*=(i-Nk)-irk 计算最佳非授权用户发射功率，其中矩阵= "P',. S = I;
[0104] 步骤4.5.11:根据公式F(始）=及娜Wlog. (1 + yf )计算在固定始的情况下 的最优目标函数值。
[0105] 本发明的技术构思为:首先，在考虑认知无线电网络中，多个授权用户（PUs)将自 己的频段与多个非授权用户（SUs)进行频谱共享从而获得额外收益的情景。为了激励PUs愿 意将自有频谱与SUs进行共享，为SUs进行服务，我们WPUs的总体净收益最大化作为优化目 标进行建模。我们认为授权用户（PUs)需要在保证自己吞吐量的同时服务于非授权用户 (SUs)并且满足各个SUs的吞吐量需求，此外，我们还考虑到授权用户(P化)为了克服相应的 干扰从而额外的发射功率花销。针对W上的问题特性进行分析，我们可W问题的解决为两 方面的控制问题：1)非授权用户的接入控制；2)接入用户的功率分配方案控制。相应的，我 们将该问题分解为两层问题进行求解。然后，我们分别根据每一层的问题特性，提出了用户 接入选择及功率分配的联合控制方法，从而实现在保证PUs与SUs的QoS需求时PUs整体净收 益最大化。
[0106] 本发明的有益效果主要表现在：1、对于整体系统而言，频谱共享的实施能够通过 授权频谱的二次利用，从而提高频谱利用率;2、对于授权用户(PUs)而言，在保证自身QoS的 同时，能够获得额外的经济收益;3、对于非授权用户（SUs)而言，通过频谱二级市场的交易， 能够实现自身的QoS需求，得到满意的服务。
【附图说明】
[0107] 图1是认知无线电网络中包含一个基站，多个授权用户(PUs) W及若干非授权用户 (SUs)的示意图。
【具体实施方式】
[0108] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0109] 参照图1，一种认知无线电中基于分组博弈交换W及优化功率控制的频谱资源配 置方法，实行该方法能在分别满足PUs与SUs的QoS需求的前提下，使得PUs的净收益最大化， 同时提高整个系统的频谱资源利用率。本发明应用于认知无线电网络中（如图1所示）。授权 用户(PUs)将自己的频谱共享给非授权用户（SUs)从而获得额外收益的情景。场景中主要考 虑两方面的干扰：1)PU k与其共享频谱的SUs之间的干扰2)接入同一个PU k的SUs之间产生 的干扰。我们同时考虑PUs为了克服干扰需要付出额外的功率代价，通过权衡通过服务SUs 获得的收益及功率代价的差值，进行SUs的接入选择及功率分配的联合控制达到最大化P化 的净收益。针对该问题提出的基于分组博弈交换W及优化功率控制的频谱资源配置方法， 包括如下步骤：
[0110] (1)在认知无线电网络中，通过授权用户PUs和非授权用户SUs的发送功率控制，在 考虑包括PUs与SUs之间W及不同SUs之间的两部分干扰的同时，保证PUs的服务质量QoS的 情况下最大化PUs的净收益的优化问题描述为如下所示的非凸性优化问题：
[011 引 O < 姐 < 货明乂, VS G s, k € 光 [om]又 X至 < 1，Vs 巨 cS、,k E JC kBX
[0117]其中，控制变量为的E {0,9Mp^}kEK W及扣封se&te?r，二札2."?，巧隶示所有 授权用户PUs的集合，S = {1.，2，…，S}表示的是所有非授权用户SUs的集合；
[011引在问题Pl中，各个参数定义如下：
[0119] 护:PU k共享自有频谱时的边际功率损耗所对应的价格系数；
[0120] 姑;PU k服务SU S时收取的边际流量价格；
[01別]巧SU S接入PU k时获得吞吐量，表示为 Vs G W表示带宽；
[0122] 巧矿;PU k的吞吐量，表示为
[0123] <tw";pu k的吞吐量要求.
[0124] /?r": SU S的吞吐量要求；
[0125] PoSpu k的发送功率；
[0126] p〇k'min:pU k的最小发送功率消拖
[0127] qsS SU S在接入PU k时的发送功率；
[0128] n:背景噪声功率；
[0129] 巧这;接入PU k的SUs其SU S-Tx发送端与BS之间的信道功率增益，SUs-Tx表示SUs 的发送端；
[0130] 5.心PU k-Tx与BS之间的信道功率增益，PU k-Tx表示PU k的发送端；
[0131] 0裏：接入PU k的洲S其发送端洲S-Tx与接收端洲S-Rx之间的信道功率增益， S化-Rx表示SUs的接收端；
[0132] 9i.:;PU k-Tx与接入PU k的接收端SU s-fcc之间的信道功率增益；
[0133] 9;^.:接入PU k的洲S中的发送端洲S-Tx j与接收端洲S-Rx S之间的信道功率 益；
[0134] SU S与PU k之间连接状态的标志变量，婷=1则表示洲S与PU k相互连接； xf = O则表示SU S与PU k断开；
[0135] P户ax: PU的发送功率上限.
[0136] Qrx; SU的最大发送功率上限；
[0137] 巧:辅助变量，具体形式表示为00^ = 2f _i，W表示带宽；
[01測 Qk:接入PU k的SUs的集合；
[0139] (2)问题Pl的分层;根据问题Pl的特性将问题其分解成为两个子层：问题(P1-底 层)与问题(P1-顶层）；问题(P1-底层)解决的是底层的功率分配问题，在PU k接入的SUs集 合给定的条件下优化各个用户的功率分配；问题(P1-顶层)在问题(P1-底层)的解给出的条 件下进一步对接入用户的选择进行优化；
[0140] 问题(P1-底层）：
[0144] 0<姑<巧.|丽
[0145] 〇<姐空巧卿^公seflfc
[0146] 问题(P1-顶层）：
[0147] max ^ keK
[014引雙约束于：Sfc欲妙么1,化￡《
[0149] 分层问题中的集合定义：
[0150] Qk:接入PUs的SUs的集合，即Q, = {s G引社二Ls臣化Vfc臣X;
[0151] 〇反.+1;未被选择接入PU k的用户1?+! = {,S巨到沾=0, Vfe居
[015^ 其中，需要保证每个SU仅选择一个PU进行接入，即AUQzU…UAw = &化n%'，W幸
[01对用始* W及扭