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基于几率频谱接入的结合频谱感知和功率分派

发布时间:2019-01-24 01:07:00 文章来源:学广场舞    

牛蕊 夏志 焦雨琪

摘 要:几率频谱接入要领的提议,大大的优化了传统能量检测。文章在几率频谱接入根本上对多频段CR场景中执行结合频谱感知和功率分派进行切磋。所思虑的优化问题旨在阐明,在作梗和功率预算限定下最大化认知用户传输速度的平均时机。将拟定的优化问题转化为凸问题,并导出最优频谱接入函数。议决对尝试仿真表明上述优厚性。

关头词:认知无线电;能量检测;几率频谱接入;结合频谱感知和功率分派

中图分类号:TN925 文献标志码:A 文章编号:2095-2945(2018)29-0009-03

Abstract: The proposed probabilistic spectrum access method greatly optimizes the traditional energy detection. Based on probability spectrum access, this paper studies the implementation of joint spectrum sensing and power allocation in multi-band CR scenes. The optimization problem is designed to illustrate the average chance of maximizing the cognitive user transmission rate under interference and power budget constraints. The optimization problem is transformed into a convex problem, and the optimal spectrum access function is derived. The superiority is proved by the simulation of the experiment.

Keywords: cognitive radio; energy detection; probabilistic spectrum access; joint spectrum sensing and power allocation

引言

认知无线电被提议用于解决频谱资源匮乏和改善无线通讯体系中的频谱低效果使用问题[1]。关于CR体系最严重的功能是靠得住的频谱感知和主用户存在与否的剖断[1]。文献中已经提议了种种频谱感知要领。在这些要领中,能量检测被普遍选取,由于其实行简略而且不必要关于主用户举止性的先验信息[3]。然而,频谱感知过程并不老是抱负的,在感知和决议计划阶段可能会产生一些错误(例如,拜见[4])。是以,为了得到正确的检测,CR体系必要将这些偏差思虑在内。

多频带频谱感知和资源分派在认知无线电体系的切磋中据有很大一局部身分。例如,在[5]中,一组多个窄带能量检测器被优化以添加CR体系的吞吐量。在[6]中,作者提议了几种解决方案用于改善恶意用户存在的多频带CR体系中的协作频谱感知本能。

1 多频带中认知用户引入到主用户的作梗

在多频带体系模子中,凭据是否存在主用户,在拟定认知用户可兑现数据速度时应思虑从主用户引入到认知无线电网络的作梗。是以,下面推导了频谱感测偏差下多频带模子中引入到主用户的作梗。将由认知用户的第n个子带引入到主用户的第m个子带上的作梗表现为In→m令In→m=Pn?兹nm,个中?兹nm是第n个子带引入到主用户第m个子带上的功率谱密度积分。全部可用的N个认知用户子頻带施加到第m个主用户子频带的平均作梗表现为Im,

个中?鬃n,m(y)=Gm(ym)?兹n,m,是以,N个认知用户子频带对N个主用户子频带施加的总作梗,用表现,记为

2 结合频谱感知和功率分派优化剖析

在两个自力和不订交的程序中执行频谱感知和资源分派是认知无线电体系中经典和普遍选取的要领(例如拜见[5])。更切当地说,第一步为议决餍足虚警和漏检几率约束来找到每个子带的最好阈值。第二步是议决思虑引入到主用户中的作梗和CR体系的最大功率预算来为每个子带分派最优功率。上述两个程序是分步执行的。在几率频谱接入中,频谱感知的第一个问题是为每个子带找到最优频谱接入函数?准n(y)。频谱接入函数?准n(y)为餍足虚警和漏检几率约束的函数。凭据?准n(y)和勘测的能量Yn,CR网络在认知用户数据传输阶段决意是否使用第n个子带。

在结合频谱感知和功率分派的环境下,所思虑的优化问题在于同时确定?准n(yn)和Pn,以便在总作梗和总体认知用户功率预算的限定下最大化可兑现的认知用户平均数据传输速度。上述结合感知和功率分派能够由以下优化问题来阐明

(3)

约束为

个中,P为N个子频带分派功率的向量。(3)中的成本函数在变量?准n(yn)和Pn中长短凸的。然而,议决界说gn=Pn?准n(yn)并替换(3),作为成本函数的方程在(3)中能够用等同的体例重写

(4)

?准n(yn)和gn凸关于。非凸约束的干与约束可转换为

上述公式界说了一个仿射集。则总功率预算约束变为

其为非凸的。假如认知用户传输仅受限于引入到主用户的总作梗。若分派给全部N个认知用户子频带的总功率跨越最大功率预算Pt,则能够将全部功率归一化为总功率。

是以,最优化问题(3)被转化为具有成本函数(5)的凸优化问题,个中最优解能够议决使用拉格朗日乘数法来导出。是以,与(3)有关的拉格朗日函数可写成

个中?姿和?滋n(n=1,2,...,N)是拉格朗日乘子。

议决对L离别关于?准n(yn)和gn的微分可得

凭据(8),因为第一项和第二项老是正的,以是拉格朗日乘数?姿不克不及为零,这证明作梗约束务必是等式约束。别的,从(8)可得Pn=的最优值为

(10)

个中

3 数值了局及评论辩论

在以下的数值剖析中,假如主用户和认知用户共享由N=16的非重叠子带构成的宽带/多频带信道。假如噪声功率?滓和信道增益方差?姿离别即是0.15和0.1。每个子频带中主用户存在的先验几率即是0.3,这意味着在总传输时间的30%中,主用户是存在的。此外,假如认知用户放射机和领受机之间的信道增益是可估量及可用的。对各子信道的经典能量检测要领进行了本能比力。首字母缩略词SS-PA代表“频谱感知和功率分派”。

图1 使用结合、非结合和等功率分派三种要领,可兑现的认知用户数据传输速度与引入主用户中的最大可容忍作梗(Ith)之间的关系。

图1显示了平均可兑现的认知用户数据传输速度。对付施加给主用户的最大可容忍作梗Ith,尝试基于三种竞争要领:(1)结合SS-PA(提议的要领);(2)非结合SS-PA;(3)等功率分派。议决窥察可知,添加Ith,平均数据传输速度添加。此外,还可看出,议决使用提议的几率结合SS-PA,认知用户能够得到比频谱感知和功率分派零丁执行的经典要领(非结合SS-PA)更高的数据传输速度。

4 告终语

行使几率频谱接入的观念,切磋了多频段CR网络中的结合频谱感知和资源分派问题,推导出认知用户可得到的传输速度表达式。然后,执行最好感知和功率分派,基于对主用户总作梗和认知用户可用总功率预算的限定,最大化认知用户可兑现数据传输速度。对照非结合SS-PA和结合SS-PA两种各异的要领。由数值剖析可知,议决使用几率结合SS-PA,与基于经典能量检测的非结合SS-PA比拟,認知用户能够行使更多的传输时机。在各异的仿真情况下,确认了此要领在认知用户平均可兑现数据传输速度方面的本能上风。

参考文献:

[1]冯灏鹏,吕英华.基于软件无线电技艺的认知无线电兑现[A].2009通讯理论与技艺新成长——第十四届全国青年通讯学术会论说文集[C].2009:4.

[2]白敏丹.基于认知无线电的无线通讯切磋近况[J].通讯技艺,2010(05):44-46+49.

[3]A. Sahai, N. Hoven, R. Tandra,等.认知无线电的首要限定[J].通讯反抗,2006(04):57-62.

[4]丁汉清.认知无线电频谱感知技艺切磋[D].西安电子科技大学,2011.

[5]杜红.认知无线电中频谱感知优化与无线资源经管的切磋[D].北京邮电大学,2012.

[6]彭艺,宋浩,苏黎 .一种优化的认知无线电网络分簇协作频谱感知算法[J].云南大学学报(天然科学版),2015(05):667-673.

科技立异与应用 2018年29期

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