[发明专利]一种基于用户公平性的抗干扰频谱接入方法

摘要

一种基于用户公平性的抗干扰频谱接入方法，在该方法中，如果认知用户能够帮助授权用户达到目标速率，就能够获得机会接入授权用户的频谱，认知系统根据认知用户的信道条件和总吞吐量选择一个认知用户接入授权用户的频谱。认知用户接入授权用户的频谱后，利用一部分带宽转发授权用户的信息帮助其达到目标速率，然后利用剩余的带宽发送自己的信息。本发明有效消除授权用户和认知用户之间相互干扰的问题、提高认知用户间频谱接入的公平性。

主权项

一种基于用户公平性的抗干扰频谱接入方法，无线电通信系统包括一个授权系统和一个认知系统，其中，授权系统由一个授权用户发送端和授权用户接收端组成，所述授权系统支持中继功能，有一段W带宽组成的授权频谱；认知系统由L个认知用户发送端和一个共同的认知用户接收端组成，所述认知系统能够模拟授权系统中的无线电协议和系统参数；其特征在于：所述基于用户公平性的抗干扰频谱接入方法包括以下过程：1)认知用户以协作方式接入授权用户的频谱，认知用户接收到授权用户的信息后，通过解码转发协作方式帮助发送授权用户的信息到授权用户接收端；2)每个时刻i，计算授权用户在认知用户STk协作帮助下获得的速率Rp,k[i]，k∈L，L＝{1,2,3,...,L}；3)找出所有能够帮助授权用户达到目标速率Rt的认知用户STk组成的集合M，M＝{k|k∈L,Rp,k[i]≥Rt}；4)在集合M中选择一个认知用户STb，授权用户分配一部分时间给该认知用户，授权其接入自己的频谱，STb接入授权用户的频谱后，利用一部分带宽转发授权用户的信息帮助其达到目标速率，利用剩余的带宽发送自己的信息；如果M是空集，即|M|＝0，表示没有认知用户能够帮助授权用户达到目标速率，则授权用户继续通过直传发送自己的信息；授权用户和认知用户之间的时间和带宽分配问题建模为：maxtk[i],bk[i]Rs,k[i]---(1)]]>满足以下条件Rp,k[i]≥Rt0<tk[i]<10<bk[i]<1---(2)]]>其中，Rt表示授权用户的目标速率，tk[i]表示在授权用户在时刻i第一个时隙发送自己信息所占的时间，bk[i]表示认识用户STk在时刻i第二个时隙帮助转发授权用户信息所占的带宽，Rp,k[i]和Rs,k[i]分别表示认知用户STk接入授权用户频谱后，授权用户和认知用户获得的速率：Rp,k[i]=min{Rp,k1[i],Rp,k2[i]}---(3)]]>Rs,k[i]＝(1‑tk[i])(1‑bk[i])R4,k[i]  (4)其中，Ps,k表示认知用户STk的发射功率，γ4,k[i]表示认知用户STk到认知用户接收端链路在时刻i的信道增益，N0表示噪声功率谱密度，和分别表示在时刻i授权用户在第一个和第二个时隙获得的速率：Rp,k1[i]=tk[i]R2,k[i]---(5)]]>Rp,k2[i]=tk[i]R5,k[i]+[(1-tk[i])bk[i]-tk[i]]R3,k[i](1-tk[i])bk[i]>tk[i](1-tk[i])bk[i]R5,k[i]+[tk[i]-(1-tk[i])bk[i]]Rd[i](1-tk[i])bk[i]≤tk[i]---(6)]]>其中，Pp表示授权用户的发射功率，γ1[i]和γ2,k[i]分别表示授权用户发射端到授权用户接收端和到认知用户发送端STk路的信道增益,γ3,k[i]表示认知用户发送端STk到授权用户接收端链路的信道增益；通过数学优化方法获得最佳时间和带宽分配tk*[i]=RtR2,k[i]---(7)]]>bk*[i]=Rt(R5,k[i]+R3,k[i]-R5,k[i])(R2,k[i]-Rt)R3,k[i](1-tk[i])bk[i]>tk[i]Rt(R2,k[i]-Rd[i])(R2,k[i]-Rt)(R5,k[i]-Rd[i])(1-tk[i])bk[i]≤tk[i]---(8)]]>将(7)、(8)代入(4)，得到认识用户的速率为Rs,k*[i]=AR3,k[i]-CRtR3,k[i]R4,k[i]R2,k[i](1-tk[i])bk[i]>tk[i]AB-DRtBR4,k[i]R2,k[i](1-tk[i])bk[i]≤tk[i]---(9)]]>其中A＝(R2,k[i]‑Rt)，B＝(R5,k[i]‑Rd[i])，C＝(R2,k[i]+R3,k[i]‑R5,k[i])，D＝(R2,k[i]‑Rd[i])；认知用户STb通过以下方法进行选择：在任意时刻i，选择认知用户STb，M＝{k|k∈L,Rp,k[i]≥Rt}，接入授权用户的频谱，其中Tk[i]表示认知用户STk在前i个时刻的总吞吐量：Tk[i]=Tk[i-1]+Rs,k[i-1]k=bTk[i-1]k≠b---(10)]]>如果所有认知用户在前i个时刻的吞吐量都相同，即T1[i]＝T2[i]＝...＝Tk[i]...＝TL[i]时，则认知系统就会选择信道条件最好的认知用户，即Rs,k[i]最大的认知用户接入授权频谱；而当某个认知用户STj的吞吐量远小于其他用户的吞吐量，即Tj[i]＜＜Tk[i],j≠k时，则会很大，认知系统就会选择总吞吐量最小的认知用户STj接入授权频谱。