基于地理频谱数据库的多对终端直通链路联合功率控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信认知无线电技术领域，具体涉及一种基于地理频谱数据库的 多对终端直通链路联合功率控制方法。
【背景技术】
[0002] 当前无线通信领域频谱资源紧缺成为制约无线通信发展的主要因素之一，认知无 线电技术的出现能够有效缓解这种局面。
[0003] 在认知无线电的关键技术中，频谱感知对设备的感知能力要求非常苛刻，另外即 便是认知设备拥有很强的频谱感知能力也无法避免一些由阴影带来的如隐藏终端等问题。 因此，频谱感知无法很好地保证授权用户的通信。
[0004] 而地理频谱数据库技术相比频谱感知技术更为可行，原因是地理频谱数据库技术 弥补了单纯地频谱感知带来的不足，它能够为认知设备提供准确的空闲频谱信息以及对应 的允许发射功率。
[0005] 在现有的有关地理频谱数据库的研究中，为协调次级用户链路与主用户网络的共 存，避免对授权用户的干扰超过容限，一些文献中采用了参考几何模型来解决主接收用户 的相同信道以及邻近信道的干扰问题，不同于以往不同信道间不会产生干扰的假设。在此 基础上，这些工作考虑了多个次级用户链路对主接收用户产生的相同信道和邻近信道的叠 加干扰，并由接入点对次级用户的功率加以控制。然而这些工作并没有将多个次级用户链 路间的协调和共存考虑在内，因为如果将多个次级用户链路间的协调和共存考虑在内，会 使得对次级用户的功率控制变得更为复杂，在这种情况下如果没有合理的机制来协调各次 级用户链路间的干扰问题，会造成通信质量下降，以至于每个用户可能都无法获得满意的 通信效益，造成频谱资源的进一步浪费。现有技术中一种解决多个次级用户链路协调共存 的方法是使工作在相同信道的次级用户链路在不同的时隙占用信道，即采用TDM的方式 占用相同的信道资源，可以有效地协调次级用户链路间通信。这种方式简便直观，但每一个 时刻只允许单独的链路工作，且需要时间上的精准同步，而如果每一个时刻可以允许多个 链路同时工作，并且如果考虑用户在空间上的分布情况，则有些频谱资源仍然可以复用，可 以进一步提升由次级用户链路组成的系统的容量。
【发明内容】
[0006] 本发明提出一种基于地理频谱数据库的多对终端直通链路联合功率控制方法，充 分考虑了多个次级用户链路协调共存问题，通过对各个次级用户进行合理地功率控制，使 得由次级用户链路组成的系统的总吞吐量达到最大，可以进一步提升由次级用户链路组成 的系统的容量。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于地理频谱数据库的多对终端直通链 路联合功率控制方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤一：接入点获取各个次级用户的位置信息，并根据次级用户的位置信息从地 理频谱数据库获得可用的信道资源并分配给各对D2D链路，使用传播模型计算各个用户之 间的链路损耗值；初始化各个次级用户的发射功率值；
[0009] 步骤二：计算主用户接收端信干噪比值，并判断主用户接收端信干噪比值是否在 合理范围内，如果在合理范围内则继续步骤3,如果不在合理范围内，则调整各个次级用户 的发射功率值，使主用户接收端信干噪比值在合理范围内；
[0010] 步骤三：求取使每个D2D链路吞吐量达到最大时，各D2D链路中次级用户的理论发 射功率值；
[0011] 步骤四：在步骤三计算的理论功率与次级用户接收端所需功率二者中选择较大的 值作为次级用户初步的合理发射功率值，然后在次级用户初步的合理发射功率值与最大功 率值P_中选择较小的值作为最终的最优发射功率值；返回步骤2进行迭代运算，当所有 D2D链路组成的系统的总吞吐量趋于稳定、各用户的发射功率稳定在一定水平后，将对应的 各个次级用户最终的最优发射功率值作为允许的发射功率由接入点配置给各个次级用户。
[0012] 本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1)本发明基于地理频谱数据库技术， 通过中心灵活控制各次级用户，配合提出的迭代算法简单高效；（2)本发明在考虑了主接 收用户干扰受限的同时，为更结合实际情形也分析了各次级用户间的干扰，既考虑了相同 信道间的叠加干扰，也不失一般性的考虑了邻近信道间的叠加干扰；（3)本发明中多个D2D 链路能够同时工作且不会影响到主接收用户和其他D2D链路的用户正常接收信号，优化发 射功率使系统的吞吐量最大化，在吞吐量性能上相比TDMA方法有一定提升。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明流程图；
[0014] 图2为本发明步骤三原理中优化问题的可行域；
[0015] 图3为本发明仿真实验迭代过程中主用户接收端的信干噪比变化趋势；
[0016] 图4为本发明仿真实验采用与主用户相同信道情况下系统吞吐量的变化趋势以 及与TDM方式的对比图；
[0017] 图5为本发明仿真实验采用与主用户相同信道情况下各次级用户的发射功率随 迭代运算的变化趋势；
[0018] 图6为本发明仿真实验采用主用户的邻近信道情况下多个D2D链路组成的系统吞 吐量的变化趋势；
[0019] 图7为本发明仿真实验多个D2D链路组成的系统的吞吐量随不同D2D链路数目变 化的趋势；
[0020] 图8为本发明仿真实验采用主用户的邻近信道情况下D2D链路数目为4时各次级 用户发射功率变化趋势。
[0021] 图9为本发明仿真实验采用主用户的邻近信道情况下D2D链路数目为8时各次级 用户发射功率变化趋势。
【具体实施方式】
[0022] 本发明基于地理频谱数据库的多对终端直通链路联合功率控制方法，如图1所 示，包括以下步骤：1、获取各个用户位置信息，利用模型计算每个链路损耗值，初始化各个 用户发射功率值；2、计算主用户接收端的信干噪比值并判断是否在合理范围内；3、求取使 每个D2D链路吞吐量达到最大时的该D2D链路中次级用户的理论发射功率值；4、计算最优 发射功率以及根据对主用户接收端信干噪比的判断进行迭代运算。各步骤具体如下：
[0023] 步骤1.接入点获取各个次级用户的位置信息，并根据次级用户的位置信息从地 理频谱数据库获得可用的信道资源并分配给各对D2D链路，使用传播模型计算各个用户之 间的链路损耗值，包括各次级用户之间以及各次级用户到主用户之间的链路损耗值；初始 化各个次级用户的发射功率值。
[0024] 在本步骤中，主用户的位置信息是提前已知的，可以在地理频谱数据库中直接获 得，而次级用户设备在发射信号之前需要通过控制信道向接入点发起请求，并向接入点上 报自己的位置信息。
[0025] 本发明利用自由空间链路损耗模型得到各个用户之间的的链路损耗值G，计算方 法如公式（1)所示，
[0026] G = 201og(d)+201og(fc)-147. 55 (1)
[0027] 式（1)中，f。是各个用户发射信号的频率，d是各个用户之间的距离，包括各次级 用户之间以及各次级用户到主用户之间的距离，d的计算方法如公式（2)所示，
[0029] 式（2)中，（Xl，yi)和（x2，y 2)是各用户位置信息对应到地理频谱数据库中的平面 坐标下的坐标位置。
[0030] 本发明假设有m个D2D链路，在依次接入后通过接入点从地理频谱数据库中获得 可用的信道，所有这些信道的集合为CH ld^
[0031] 对各个次级用户的发射功率赋初始值,用集合
表示初始发 射功率值，Xni表示次级用户所在的信道，表示工作在信道Xni上的第m个D2D链路中的第 一个次级用户的初始发射功率值，/\:卜表示工作在信道Xni上的第m个D2D链路中的第二个 次级用户的初始发射功率值。
[0032] 当多个邻近D2D链路在短时间内依次发起请求，接入点在从地理频谱数据库获得 可用的信道资源分配给各个D2D链路后需要通过功率控制综合考虑不同链路间以及对主 用户干扰的影响。
[0033] 步骤2.计算主用户接收端信干噪比值，并判断主用户