CN102932800B - 认知无线电中基于频谱共享的功率控制方法 - Google Patents

Abstract

认知无线电中基于频谱共享的功率控制方法，涉及一种基于频谱共享的功率控制方法。它是为了在保证了通信质量的前提下减小认知用户的能耗。本发明提出一种认知无线电中基于频谱共享的功率控制方法，它是通过对不同的通信场景进行分析和归一化整理，建立了认知无线电下通用通信模型，从而极大的简化了干扰估计和功率控制方法；同时针对认知用户的可移动性，推导出了授权用户所受干扰与认知用户移动距离和运动矢量方向的函数表达式，实现了认知用户对授权用户干扰的实时预测。仿真结果表明，本方法能够高效稳定的对认知用户的发射功率进行控制，鲁棒性良好，与传统的功率控制方法比较在功耗方面优势明显。本发明适用于认知无线电中的功率控制。

Description

认知无线电中基于频谱共享的功率控制方法

技术领域

本发明涉及一种基于频谱共享的功率控制方法。

背景技术

当前无线频谱资源采用固定分配方式，随着不同通信网络、不同业务和不同接入方式的不断增长，频谱越发成为稀缺资源。然而根据美国(FCC)数据统计显示，这些固定分配的频谱其实利用率是很低的。认知无线电技术的出现，成为解决此问题的关键技术。认知无线电技术通过允许认知用户智能的感知和随机接入授权用户空闲的频谱来提高频谱利用率，让频谱资源稀缺的现状得以缓解。

在认知无线电中，频谱共享技术可分为两种：填充式(Overlay)频谱共享和下垫式(Underlay)频谱共享。在填充式频谱共享中用户伺机接入频谱空穴，对授权用户的干扰较小；在下垫式频谱共享中，认知用户共享授权用户频谱，受到授权用户“干扰容限”的严格约束，但频谱利用率较高，认知用户通过降低发射功率避免对授权用户的干扰。设计认知无线电的这些频谱共享模型的最主要目的就是提高频谱利用率，避免对授权用户造成干扰，同时降低认知用户的能耗。所以，功率控制问题对于认知无线网络尤为重要。

这些年，在公共网络和点对点无线网络中，人们已经对功率控制问题进行了广泛的研究，认知无线电中的功率控制问题也成为人们研究的热点。

在填充式谱共享模型中，认知用户时刻感知授权用户的频谱，当检测到空闲频谱时，认知用户立即接入此空闲频谱，由此，人们提出各种频谱感知的方案，但是，即便再优秀的方案和方法也存在漏检和误检的现象，所以，授权用户受干扰的情况不能完全避免。下垫式频谱共享模型中，认知用户工作的前提是不能造成对授权用户的干扰。但是在设计中，认知用户为了提高自身的通信覆盖范围，尽量的提高发射功率，但这种做法势必造成能耗的浪费，同时也极易形成远近效应，反而影响通信的质量。

基于以上问题，授权假设一种认知无线电的通信场景，在这种场景下，认知用户和授权用户工作在下垫式频谱共享模型下，认知用户为可移动用户，前提是在认知用户移动过程中不能对授权用户造成干扰，同时认知用户在移动过程中总保持最优发射功率，减小能源浪费。

图1中的a、b、c三个圆分别代表认知用户在不同发射功率时的覆盖范围。c圆是采用固定功率策略，并没有考虑对授权用户的干扰问题；b圆考虑了对授权用户干扰问题，同时也采用固定功率策略，造成能源的浪费，甚至会形成远近效应，反而降低通信质量；a圆采用功率控制方法，不但有效的避免了对授权用户的干扰，同时也让能耗降到最低。从图1中可以看出，传统的采用相对剩余的固定功率策略时，授权用户将受到干扰，不适用于下垫式频谱共享模型；如果只考虑对授权用户的干扰，但是不考虑认知用户的能耗，将造成认知用户能源的浪费，如果认知用户为移动用户时，减小能耗就能增加移动用户的使用时间，在实际应用中非常关键；综上可以看出，必须提出一种行之有效的功率控制方法来解决上述问题。

发明内容

本发明是为了在保证了通信质量的前提下减小认知用户的能耗，从而提供一种认知无线电中基于频谱共享的功率控制方法。

认知无线电中基于频谱共享的功率控制方法，

它是静态场景下单授权用户的功率控制方法，它采用以下步骤实现：

步骤一、根据已更新的授权用户PRx、认知用户发射单元CTx和认知用户接收单元CRx的位置信息获取认知用户发射单元CTx到授权用户PRx的直线距离r₁和认知用户发射单元CTx到认知用户接收单元CRx的直线距离r₂；

步骤二、根据公式：

$P_{\mathrm{rp}}=P_{\mathrm{ct}}{G}_t{G}_r\frac{h_t^2{h}_r^2}{{\left(r_2\right)}^{\mathrm{\α}}}$

获得认知用户发射单元CTx的发射功率经过路径损耗后实际到达授权用户PRx的功率P_rp；式中：p_ct为认知用户发射单元CTx的发射功率，G_r和G_r分别为发射和接收天线的增益，h_t和h_r分别为发射和接收天线的高度，α为路径损耗参数；

并根据公式：

$P_{\mathrm{re}}=P_{\mathrm{ct}}{G}_t{G}_r\frac{h_t^2{h}_r^2}{{\left(r_2\right)}^{\mathrm{\α}}}$

获得认知用户发射单元CTx的发射功率经过路径损耗后实际到达认知用户接收单元CRx的功率P_rc；并择一执行下列步骤：

步骤二一、当(P_rt≥S_th)、(P_rp＜P_th)且时，迭代减小认知用户发射单元CTx的发射功率，并利用数学模型计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

式中：S_th为认知用户接收单元的最小接收功率门限；和分别为认知用户发射单元CTx所允许的最小和最大发射功率；Pth为授权用户的干扰功率门限；

步骤二二、当(P_rt＜S_th)、(P_rp＜P_th)且时，则迭代增加认知用户发射单元CTx的发射功率，并利用数学模型计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

步骤二三、当P_rp＞P_th时，将认知用户发射单元CTx的发射功率调节到最小值，并迭代增加该认知用户发射单元CTx的发射功率；

在迭代增加该认知用户发射单元CTx的发射功率的过程中：

步骤二三一、当(P_rp＞P_th)且停止信号发射；

步骤二三二、(P_rt≥S_th)、(P_rP＜P_th)且则认知用户发射单元CTx采用在的功率进行信号发射；

步骤二三三、如果(P_rt≥S_th)、(P_rp＜P_th)且计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

步骤二四、当(P_rt＜S_th)、(P_rp＜P_th)且时，停止信号发射；

步骤二五、当(P_rt≥S_th)、(P_rp＞P_th)且时，停止信号发射；

步骤二六、当(P_rt＜S_th)目(P_rp＞P_th)时，停止信号发射；

完成静态场景下的认知无线电中基于频谱共享的功率控制。

认知无线电中基于频谱共享的功率控制方法，

它是动态场景下单授权用户的功率控制方法，它采用以下步骤实现：

步骤A1、根据公式：

$r_{11}=\sqrt{{\left(\mathrm{\Δh}\right)}^2+r_1^2-2\mathrm{\Δ}{\mathrm{hr}}_1\cos {\mathrm{\θ}}_1}$

获得第t时刻下，认知用户发射单元CTx到授权用户PRx的直线距离r₁₁；θ₁为认知用户发射单元CTx的初始位置到授权用户PRx的直线距离r₁所在直线与该认知用户发射单元CTx运动方向的夹角；

式中：Δh为认知用户发射单元CTx在t时刻下的按照一个方向的运动距离；t为正数；

根据公式：

$r_{22}=\sqrt{{\left(\mathrm{\Δh}\right)}^2+r_2^2-2\mathrm{\Δ}{\mathrm{hr}}_2\cos {\mathrm{\θ}}_2}$

获得第t时刻下，认知用户发射单元CTx到认知用户接收单元CRx的直线距离r₂₂；θ₂为认知用户发射单元CTx的初始位置到认知用户接收单元CRx的直线距离r₂所在直线与该认知用户发射单元CTx运动方向的夹角；

步骤A2、根据公式：

$P_{\mathrm{rp}}=P_{\mathrm{ct}}{G}_t{G}_r\frac{h_t^2{h}_r^2}{{({\left(\mathrm{\Δh}\right)}^2+r_1^2-2\mathrm{\Δ}{\mathrm{hr}}_1\cos {\mathrm{\θ}}_1)}^{\mathrm{\α}/2}}$

获得认知用户发射单元CTx的发射功率经过路径损耗后实际到达授权用户PRx的功率P_rp；式中：p_ct为认知用户发射单元CTx的发射功率，G_t和G_r分别为发射和接收天线的增益，h_t和h_r分别为发射和接收天线的高度，α为路径损耗参数；

根据公式：

$P_{\mathrm{rc}}=P_{\mathrm{ct}}{G}_t{G}_r\frac{h_t^2{h}_r^2}{{({\left(\mathrm{\Δh}\right)}^2+r_2^2-2\mathrm{\Δ}{\mathrm{hr}}_2\cos {\mathrm{\θ}}_2)}^{\mathrm{\α}/2}}$

获得认知用户发射单元CTx的发射功率经过路径损耗后实际到达认知用户接收单元CRx的功率P_rt；并择一执行下列步骤：

步骤A21、当(P_rt≥S_th)、(P_rp＜P_th)且时，迭代减小认知用户发射单元CTx的发射功率，并利用数学模型计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

式中：S_th为认知用户接收单元的最小接收功率门限；和分别为认知用户发射单元CTx所允许的最小和最大发射功率；Pth为授权用户的干扰功率门限；

步骤A22、当(P_rt＜S_th)、(P_rp＜P_th)且时，则迭代增加认知用户发射单元CTx的发射功率，并利用数学模型计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

步骤A23、当P_rp＞P_th时，将认知用户发射单元CTx的发射功率调节到最小值，并迭代增加该认知用户发射单元CTx的发射功率；

在迭代增加该认知用户发射单元CTx的发射功率的过程中：

步骤A231、当(P_rp＞P_th)且停止信号发射；

步骤A232、(P_rt≥S_th)、(P_rp＜P_th)且则认知用户发射单元CTx采用在的功率进行信号发射；

步骤A233、如果(P_rt≥S_th)、(P_rp＜P_th)且计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

步骤A24、当(P_rt＜S_th)、(P_rp＜P_th)且时，停止信号发射；

步骤A25、当(P_rt≥S_th)、(P_rp＞P_th)且时，停止信号发射；

步骤A26、当(p_rt＜S_th)且(P_rp＞P_th)时，停止信号发射；

完成动态场景下的认知无线电中基于频谱共享的功率控制。

认知无线电中基于频谱共享的功率控制方法，

它是动态场景下多授权用户的功率控制方法，它采用以下步骤实现：

步骤B1、采用所有授权用户中受到干扰最大者max(P_rpn)将动态场景下多授权用户通信模型简化为动态场景下单授权用户通信模型；

式中：P_rpn为授权用户接收到的来自认知用户的干扰功率。

步骤B2、根据公式：

$r_{11}=\sqrt{{\left(\mathrm{\Δh}\right)}^2+r_1^2-2\mathrm{\Δ}{\mathrm{hr}}_1\cos {\mathrm{\θ}}_1}$

获得第t时刻下，认知用户发射单元CTx到授权用户PRx的直线距离r₁₁；θ₁为认知用户发射单元CTx的初始位置到授权用户PRx的直线距离r₁所在直线与该认知用户发射单元CTx运动方向的夹角；

式中：Δh为认知用户发射单元CTx在t时刻下的按照一个方向的运动距离；t为正数；

根据公式：

$r_{22}=\sqrt{{\left(\mathrm{\Δh}\right)}^2+r_2^2-2\mathrm{\Δ}{\mathrm{hr}}_2\cos {\mathrm{\θ}}_2}$

获得第t时刻下，认知用户发射单元CTx到认知用户接收单元CRx的直线距离r₂₂；θ₂为认知用户发射单元CTx的初始位置到认知用户接收单元CRx的直线距离r₂所在直线与该认知用户发射单元CTx运动方向的夹角；

步骤B3、根据公式：

$P_{\mathrm{rp}}=P_{\mathrm{ct}}{G}_t{G}_r\frac{h_t^2{h}_r^2}{{({\left(\mathrm{\Δh}\right)}^2+r_1^2-2\mathrm{\Δ}{\mathrm{hr}}_1\cos {\mathrm{\θ}}_1)}^{\mathrm{\α}/2}}$

获得认知用户发射单元CTx的发射功率经过路径损耗后实际到达授权用户PRx的功率P_rp；式中：p_ct为认知用户发射单元CTx的发射功率，G_t和G_r分别为发射和接收天线的增益，h_t和h_r分别为发射和接收天线的高度，α为路径损耗参数；

根据公式：

$P_{\mathrm{rc}}=P_{\mathrm{ct}}{G}_t{G}_r\frac{h_t^2{h}_r^2}{{({\left(\mathrm{\Δh}\right)}^2+r_2^2-2\mathrm{\Δ}{\mathrm{hr}}_2\cos {\mathrm{\θ}}_2)}^{\mathrm{\α}/2}}$

获得认知用户发射单元CTx的发射功率经过路径损耗后实际到达认知用户接收单元CRx的功率P_rc并择一执行下列步骤：

步骤B31、当(P_rt≥S_th)、(P_rp＜P_th)且时，迭代减小认知用户发射单元CTx的发射功率，并利用数学模型计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

式中：S_th为认知用户接收单元的最小接收功率门限；和分别为认知用户发射单元CTx所允许的最小和最大发射功率；Pth为授权用户的干扰功率门限；

步骤B32、当(P_rt＜S_th)、(P_rp＜P_th)且时，则迭代增加认知用户发射单元CTx的发射功率，并利用数学模型计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

步骤B33、当P_rp＞P_th时，将认知用户发射单元CTx的发射功率调节到最小值，并迭代增加该认知用户发射单元CTx的发射功率；

在迭代增加该认知用户发射单元CTx的发射功率的过程中：

步骤B331、当(P_rp＞P_th)且停止信号发射；

步骤B332、(P_rt≥S_th)、(P_rp＜P_th)且则认知用户发射单元CTx采用在的功率进行信号发射；

步骤B333、如果(P_rt≥S_th)、(P_rp＜P_th)且计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

步骤B34、当(P_rt＜S_th)、(P_rp＜P_th)且时，停止信号发射；

步骤B35、当(P_rt≥S_th)、(P_rp＞P_th)且时，停止信号发射；

步骤B36、当(P_rt＜S_th)且(P_rp＞P_th)时，停止信号发射；

完成动态场景下多授权用户的认知无线电中基于频谱共享的功率控制。

max(P_rpn)的取值为max{P_rp1，P_rp2，P_rp3，…，P_rpn}，其中：P_rpn为授权用户接收到的来自认知用户的干扰功率，n为授权用户的总数。

步骤B1中采用所有授权用户中受到干扰最大者max(P_rpn)将动态场景下多授权用户通信模型简化为动态场景下单授权用户通信模型，是择一采用下列方法实现的：

下列方法中，PRx2为max(P_rpn)的授权用户；PRx3为PRx2朝某个方向运动后的授权用户；

步骤C1、在时刻1下，max(P_rpn)的授权用户为PRx2，则此通信场景简化为只有授权用户PRx2、认知用户发射单元CTx和认知用户接收单元CRx的场景；

步骤C2、在时刻2下，max(P_rpn)的授权用户为PRx3，则此通信场景简化为只有授权用户PRx3、认知用户发射单元CTx和认知用户接收单元CRx的场景；

步骤C3、在认知用户发射单元CTx朝某个方向运动后，max(P_rpn)出现的多个授权用户按照步骤C1或步骤C2的方式进行场景简化。

本发明的方法的有益效果：认知用户不但能避免对授权用户的干扰，同时能够在有效保证通信质量的前提下降低能耗。

附图说明

图1是本发明的背景技术中一个授权用户PRx，两个认知节点CRx、CTx的共存式频谱共享模型的原理示意图；图2是一授权用户PRx、一个认知用户接收单元CRx、一个认知用户发射单元CTx的通信场景原理示意图；图3是具体实施方式二中动态场景下认知用户发射单元CTx的运动方向分布示意图；图4是具体实施方式二中动态场景下认知用户发射单元CTx以d3方向运动的原理示意图；图5是多个授权用户、一个认知用户接收单元、一个认知用户发射单元的原理示意图；图6是本发明的认知用户发射功率仿真示意图；图7是采用功率控制方法发射功率仿真示意图；图8是采用功率控制方法干扰功率的仿真示意图；图9是不同功率控制方法下认知用户发射单元CTx总能耗的仿真示意图；图10是不同移动速率时不同功率控制方法下认知用户发射单元CTx总能耗的仿真示意图；图11是认知用户发射单元CTx运动轨迹示意图；图12是认知用户发射单元CTx运动轨迹变化时信号发射功率控制曲线仿真示意图；图13是认知用户发射单元CTx运动轨迹变化时信号接收功率控制曲线仿真示意图。

具体实施方式

具体实施方式一、认知无线电中基于频谱共享的功率控制方法，

它是静态场景下单授权用户的功率控制方法，它采用以下步骤实现：

步骤一、根据已更新的授权用户PRx、认知用户发射单元CTx和认知用户接收单元CRx的位置信息获取认知用户发射单元CTx到授权用户PRx的直线距离r₁和认知用户发射单元CTx到认知用户接收单元CRx的直线距离r₂；

步骤二、根据公式：

$P_{\mathrm{rp}}=P_{\mathrm{ct}}{G}_t{G}_r\frac{h_t^2{h}_r^2}{{\left(r_2\right)}^{\mathrm{\α}}}$

获得认知用户发射单元CTx的发射功率经过路径损耗后实际到达授权用户PRx的功率P_rp；式中：p_ct为认知用户发射单元CTx的发射功率，G_t和G_r分别为发射和接收天线的增益，h_t和h_r分别为发射和接收天线的高度，α为路径损耗参数；

并根据公式：

$P_{\mathrm{re}}=P_{\mathrm{ct}}{G}_t{G}_r\frac{h_t^2{h}_r^2}{{\left(r_2\right)}^{\mathrm{\α}}}$

获得认知用户发射单元CTx的发射功率经过路径损耗后实际到达认知用户接收单元CRx的功率P_rc；并择一执行下列步骤：

步骤二一、当(P_rt≥S_th)、(P_rp＜P_th)且时，迭代减小认知用户发射单元CTx的发射功率，并利用数学模型计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

式中：S_th为认知用户接收单元的最小接收功率门限；和分别为认知用户发射单元CTx所允许的最小和最大发射功率；Pth为授权用户的干扰功率门限；

步骤二二、当(P_rt＜S_th)、(P_rp＜P_th)且时，则迭代增加认知用户发射单元CTx的发射功率，并利用数学模型计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

步骤二三、当P_rp＞P_th时，将认知用户发射单元CTx的发射功率调节到最小值，并迭代增加该认知用户发射单元CTx的发射功率；

在迭代增加该认知用户发射单元CTx的发射功率的过程中：

步骤二三一、当(P_rp＞P_th)且停止信号发射；

步骤二三二、(P_rt≥S_th)、(P_rp＜P_th)且则认知用户发射单元CTx采用在的功率进行信号发射；

步骤二三三、如果(P_rt≥S_th)、(P_rp＜P_th)且计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

步骤二四、当(P_rt＜S_th)、(P_rp＜P_th)且时，停止信号发射；

步骤二五、当(P_rt≥S_th)、(P_rp＞P_th)且时，停止信号发射；

步骤二六、当(P_rt＜S_th)且(P_rp＞P_th)时，停止信号发射；

完成静态场景下的认知无线电中基于频谱共享的功率控制。

本实施方式中，通信场景中存在授权用户和认知用户，授权用户和认知用户工作在下垫式频谱共享通信模型下。

本实施方式中，认知用户首先需要考虑不能对授权用户造成干扰，其次认知用户要确保自己的通信质量，且满足该前提下，功率控制方法最小化认知用户的发射功率，降低能耗。

本实施方式中，每个认知节点都具有功率控制能力，认知节点可以通过专用渠道获取自己和相邻节点的位置信息。

本实施方式中，采用授权用户最大“干扰门限”和认知用户最小“接收门限”相结合的方式在通信场景下进行功率控制。

本实施方式中的单授权用户通信场景，是一种通用的通信场景。

具体实施方式二、认知无线电中基于频谱共享的功率控制方法，

它是动态场景下单授权用户的功率控制方法，它采用以下步骤实现：

步骤A1、根据公式：

$r_{11}=\sqrt{{\left(\mathrm{\Δh}\right)}^2+r_1^2-2\mathrm{\Δ}{\mathrm{hr}}_1\cos {\mathrm{\θ}}_1}$

获得第t时刻下，认知用户发射单元CTx到授权用户PRx的直线距离r₁₁；θ₁为认知用户发射单元CTx的初始位置到授权用户PRx的直线距离r₁所在直线与该认知用户发射单元CTx运动方向的夹角；

式中：Δh为认知用户发射单元CTx在t时刻下的按照一个方向的运动距离；t为正数；

根据公式：

$r_{22}=\sqrt{{\left(\mathrm{\Δh}\right)}^2+r_2^2-2\mathrm{\Δ}{\mathrm{hr}}_2\cos {\mathrm{\θ}}_2}$

获得第t时刻下，认知用户发射单元CTx到认知用户接收单元CRx的直线距离r₂₂；θ₂为认知用户发射单元CTx的初始位置到认知用户接收单元CRx的直线距离r₂所在直线与该认知用户发射单元CTx运动方向的夹角；

步骤A2、根据公式：

$P_{\mathrm{rp}}=P_{\mathrm{ct}}{G}_t{G}_r\frac{h_t^2{h}_r^2}{{({\left(\mathrm{\Δh}\right)}^2+r_1^2-2\mathrm{\Δ}{\mathrm{hr}}_1\cos {\mathrm{\θ}}_1)}^{\mathrm{\α}/2}}$

获得认知用户发射单元CTx的发射功率经过路径损耗后实际到达授权用户PRx的功率P_rp；式中：p_ct为认知用户发射单元CTx的发射功率，G_t和G_r分别为发射和接收天线的增益，h_t和h_r分别为发射和接收天线的高度，α为路径损耗参数；

根据公式：

$P_{\mathrm{rc}}=P_{\mathrm{ct}}{G}_t{G}_r\frac{h_t^2{h}_r^2}{{({\left(\mathrm{\Δh}\right)}^2+r_2^2-2\mathrm{\Δ}{\mathrm{hr}}_2\cos {\mathrm{\θ}}_2)}^{\mathrm{\α}/2}}$

获得认知用户发射单元CTx的发射功率经过路径损耗后实际到达认知用户接收单元CRx的功率P_rc；并择一执行下列步骤：

步骤A21、当(P_rt≥S_th)、(P_rp＜P_th)且时，迭代减小认知用户发射单元CTx的发射功率，并利用数学模型计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

式中：S_th为认知用户接收单元的最小接收功率门限；和分别为认知用户发射单元CTx所允许的最小和最大发射功率；Pth为授权用户的干扰功率门限；

步骤A22、当(P_rt＜S_th)、(P_rp＜P_th)且时，则迭代增加认知用户发射单元CTx的发射功率，并利用数学模型计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

步骤A23、当P_rp＞P_th时，将认知用户发射单元CTx的发射功率调节到最小值，并迭代增加该认知用户发射单元CTx的发射功率；

在迭代增加该认知用户发射单元CTx的发射功率的过程中：

步骤A231、当(P_rp＞P_th)且停止信号发射；

步骤A232、(P_rt≥S_th)、(P_rp＜P_th)且则认知用户发射单元CTx采用在的功率进行信号发射；

步骤A233、如果(P_rt≥S_th)、(P_rp＜P_th)且计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

步骤A24、当(P_rt＜S_th)、(P_rp＜P_th)且时，停止信号发射；

步骤A25、当(P_rt≥S_th)、(P_rp＞P_th)且时，停止信号发射；

步骤A26、当(P_rt＜S_th)且(P_rp＞P_th)时，停止信号发射；

完成动态场景下的认知无线电中基于频谱共享的功率控制。

具体实施方式三、认知无线电中基于频谱共享的功率控制方法，

它是动态场景下多授权用户的功率控制方法，它采用以下步骤实现：

步骤B1、采用所有授权用户中受到干扰最大者max(P_rpn)将动态场景下多授权用户通信模型简化为动态场景下单授权用户通信模型；

式中：P_rpn为授权用户接收到的来自认知用户的干扰功率。

步骤B2、根据公式：

$r_{11}=\sqrt{{\left(\mathrm{\Δh}\right)}^2+r_1^2-2\mathrm{\Δ}{\mathrm{hr}}_1\cos {\mathrm{\θ}}_1}$

获得第t时刻下，认知用户发射单元CTx到授权用户PRx的直线距离r₁₁；θ₁为认知用户发射单元CTx的初始位置到授权用户PRx的直线距离r₁所在直线与该认知用户发射单元CTx运动方向的夹角；

式中：Δh为认知用户发射单元CTx在t时刻下的按照一个方向的运动距离；t为正数；

根据公式：

$r_{22}=\sqrt{{\left(\mathrm{\Δh}\right)}^2+r_2^2-2\mathrm{\Δ}{\mathrm{hr}}_2\cos {\mathrm{\θ}}_2}$

获得第t时刻下，认知用户发射单元CTx到认知用户接收单元CRx的直线距离r₂₂；θ₂为认知用户发射单元CTx的初始位置到认知用户接收单元CRx的直线距离r₂所在直线与该认知用户发射单元CTx运动方向的夹角；

步骤B3、根据公式：

$P_{\mathrm{rp}}=P_{\mathrm{ct}}{G}_t{G}_r\frac{h_t^2{h}_r^2}{{({\left(\mathrm{\Δh}\right)}^2+r_1^2-2\mathrm{\Δ}{\mathrm{hr}}_1\cos {\mathrm{\θ}}_1)}^{\mathrm{\α}/2}}$

获得认知用户发射单元CTx的发射功率经过路径损耗后实际到达授权用户PRx的功率P_rp；式中：p_ct为认知用户发射单元CTx的发射功率，G_t和G_r分别为发射和接收天线的增益，h_t和h_r分别为发射和接收天线的高度，α为路径损耗参数；

根据公式：

$P_{\mathrm{rc}}=P_{\mathrm{ct}}{G}_t{G}_r\frac{h_t^2{h}_r^2}{{({\left(\mathrm{\Δh}\right)}^2+r_2^2-2\mathrm{\Δ}{\mathrm{hr}}_2\cos {\mathrm{\θ}}_2)}^{\mathrm{\α}/2}}$

获得认知用户发射单元CTx的发射功率经过路径损耗后实际到达认知用户接收单元CRx的功率P_rc；并择一执行下列步骤：

步骤B31、当(P_rt≥S_th)、(P_rp＜P_th)且时，迭代减小认知用户发射单元CTx的发射功率，并利用数学模型计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

式中：S_th为认知用户接收单元的最小接收功率门限；和分别为认知用户发射单元CTx所允许的最小和最大发射功率；Pth为授权用户的干扰功率门限；

步骤B32、当(P_rt＜S_th)、(P_rp＜P_th)且时，则迭代增加认知用户发射单元CTx的发射功率，并利用数学模型计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

步骤B33、当P_rp＞P_th时，将认知用户发射单元CTx的发射功率调节到最小值，并迭代增加该认知用户发射单元CTx的发射功率；

在迭代增加该认知用户发射单元CTx的发射功率的过程中：

步骤B331、当(P_rp＞P_th)且停止信号发射；

步骤B332、(P_rt≥S_th)、(P_rp＜P_th)且则认知用户发射单元CTx采用在的功率进行信号发射；

步骤B333、如果(P_rt≥S_th)、(P_rp＜P_th)且计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

步骤B34、当(P_rt＜S_th)、(P_rp＜P_th)且时，停止信号发射；

步骤B35、当(P_rt≥S_th)、(P_rp＞P_th)且时，停止信号发射；

步骤B36、当(P_rt＜S_th)且(P_rp＞P_th)时，停止信号发射；

完成动态场景下多授权用户的认知无线电中基于频谱共享的功率控制。

max(P_rpn)的取值为max{P_rp1，P_rp2，P_rp3，…，P_rpn}，其中：P_rpn为授权用户接收到的来自认知用户的干扰功率，n为授权用户的总数。

步骤B1中采用所有授权用户中受到干扰最大者max(P_rpn)将动态场景下多授权用户通信模型简化为动态场景下单授权用户通信模型，是择一采用下列方法实现的：

下列方法中，PRx2为max(P_rpn)的授权用户；PRx3为PRx2朝某个方向运动后的授权用户；

步骤C1、在时刻1下，max(P_rpn)的授权用户为PRx2，则此通信场景简化为只有授权用户PRx2、认知用户发射单元CTx和认知用户接收单元CRx的场景；

步骤C2、在时刻2下，max(P_rpn)的授权用户为PRx3，则此通信场景简化为只有授权用户PRx3、认知用户发射单元CTx和认知用户接收单元CRx的场景；

步骤C3、在认知用户发射单元CTx朝某个方向运动后，max(P_rpn)出现的多个授权用户按照步骤C1或步骤C2的方式进行场景简化。

在此具体实施方式中，说明本发明的静态场景下单授权用户的功率控制方法、动态场景下单授权用户的功率控制方法和动态场景下多授权用户的功率控制方法的原理：

首先给出一个包括一授权用户、一个认知用户接收单元、一个认知用户发射单元的下垫式频谱共享模型下的通信场景。图2所示的通信场景中PRx为授权用户，CTx为认知用户发射单元，CRx为认知用户接收单元。CTx和CRx组成的点对点无线网络与授权用户共享相同的频谱。这里假设CTx的位置为坐标原点，CTx到PRx的直线距离为r1，CTx到CRx的直线距离为r2。

在两径传输模型下，接收信号功率可以表示为其中P_r为接收信号功率，p_ct为CTx的发射功率，G_t和G_r分别为发射和接收天线的增益，h_t和h_r分别为发射和接收天线的高度，d为发射端和接收端之间的距离，α为路径损耗参数。

在本场景中定义授权用户的干扰功率门限为T_th，认知用户接收单元的最小接收功率门限为S_th。本场景中的认知用户发射单元的发射功率经过路径损耗后的功率需要满足认知用户接收单元的最小接收门限，同时认知用户发射单元的发射功率不能对授权用户造成干扰，接收信号功率需要满足如下条件：

P_rc≥S_th

P_rP＜P_th

$p_c^{\min }\≤P_{\mathrm{ct}}\≤p_c^{\max }---\left(1\right)$

上式中P_rc为CTx的发射功率经过路径损耗后实际到达认知用户接收端的功率，P_rp为CTx的发射功率经过路径损耗后实际到达授权用户的功率，和分别为CTx所允许的最小和最大发射功率。

在图2的通信场景中假设接收和发射天线的增益相同，接收和发射天线的高度相同。

从图2中可以分别得到PRx、CRx处的接收信号功率

$P_{\mathrm{rp}}=P_{\mathrm{ct}}{G}_t{G}_r\frac{h_t^2{h}_r^2}{{\left(r_1\right)}^{\mathrm{\α}}}---\left(2\right)$

$P_{\mathrm{rc}}=P_{\mathrm{ct}}{G}_t{G}_r\frac{h_t^2{h}_r^2}{{\left(r_2\right)}^{\mathrm{\α}}}---\left(3\right)$

假设PRx、CRx位置固定不变。定义CTx的位置不变的场景为静态场景；定义CTx以某个速率进行移动时的场景为动态场景。下面分别对这两个场景进行讨论。

静态场景下单授权用户的功率控制方法如具体实施方式一的流程所述。

动态场景下单授权用户的功率控制方法如具体实施方式一的流程所述，其中：

在动态场景下，PRx、CRx的位置固定不变，CTx以某个速率进行移动。假设CTx的初始位置不满足上述静态场景下停止发射条件，接下来根据CTx的运动趋势来具体讨论动态场景下的功率控制方法。

图3所示的通信场景中，假设CTx初始位置为坐标原点，CTx的运动方向在X、Y平面上存在4个区间8个方向，分别为d₁、d₂、d₃、d₄、d₅、d₆、d₇、d₈，其中d₂、d₄、d₆、d₈可以为此区间内的任意方向。

下面以d₃运动方向为例讨论动态场景下功率控制方法。

图4中假设d₃与PRx、CRx的连线垂直，CTx按照d₃运动方向t时刻的运动距离为Δh，r₁₁和r₂₂分别为t时刻CTx与PRx、CRx的直线距离，θ₁为r₁与d₃运动方向的夹角；θ₂为r₂与d₃运动方向的夹角，可得下式：

$r_{11}=\sqrt{{\left(\mathrm{\Δh}\right)}^2+r_1^2-2{\mathrm{\Δhr}}_1{\cos \mathrm{\θ}}_1}---\left(4\right)$

$r_{22}=\sqrt{{\left(\mathrm{\Δh}\right)}^2+r_2^2-2{\mathrm{\Δhr}}_2{\cos \mathrm{\θ}}_2}---\left(5\right)$

将(4)和(5)分别代入(2)和(3)可得：

$P_{\mathrm{rp}}=P_{\mathrm{ct}}{G}_t{G}_r\frac{h_t^2{h}_r^2}{{({\left(\mathrm{\Δh}\right)}^2+r_1^2-2\mathrm{\Δ}{\mathrm{hr}}_1\cos {\mathrm{\θ}}_1)}^{\mathrm{\α}/2}}---\left(6\right)$

$P_{\mathrm{rc}}=P_{\mathrm{ct}}{G}_t{G}_r\frac{h_t^2{h}_r^2}{{({\left(\mathrm{\Δh}\right)}^2+r_2^2-2\mathrm{\Δ}{\mathrm{hr}}_2\cos {\mathrm{\θ}}_2)}^{\mathrm{\α}/2}}---\left(7\right)$

(6)和(7)需要满足(1)的要求，可得

$P_{\mathrm{ct}}\≥\frac{S_{\mathrm{th}}}{G_t{G}_r{h}_t^2{h}_r^2}{({\left(\mathrm{\Δh}\right)}^2+r_2^2-2{\mathrm{\Δhr}}_2{\cos \mathrm{\θ}}_2)}^{\mathrm{\α}/2}---\left(8\right)$

$P_{\mathrm{ct}}<\frac{P_{\mathrm{th}}}{G_t{G}_r{h}_t^2{h}_r^2}{({\left(\mathrm{\&Delta;h}\right)}^2+r_1^2-2{\mathrm{\&Delta;hr}}_1{\cos \mathrm{\&theta;}}_1)}^{\mathrm{\&alpha;}/2}---\left(9\right)$

$p_c^{\min }\&le;P_{\mathrm{ct}}\&le;p_c^{\max }$

由于(6)和(7)中相同，可得

$P_{\mathrm{rp}}=P_{\mathrm{rc}}\frac{{({\left(\mathrm{\&Delta;h}\right)}^2+r_2^2-2{\mathrm{\&Delta;hr}}_2{\cos \mathrm{\&theta;}}_2)}^{\mathrm{\&alpha;}/2}}{{({\left(\mathrm{\&Delta;h}\right)}^2+r_2^2-2{\mathrm{\&Delta;hr}}_2{\cos \mathrm{\&theta;}}_1)}^{\mathrm{\&alpha;}/2}}---\left(10\right)$

公式(8)中r₁，r₂，cosθ₁，cosθ₂为已知，假设CTx的发射功率刚好满足CRx的接收要求，即CTx的发功率经过路径损耗后等于P_rc，可以看出，公式(10)中P_rp的值由Δh决定，说明P_rp为Δh的函数，可以用下式表示

P_rp＝f(Δh)   (11)

由于d₃的运动方向固定，所以θ₁和θ₂为固定值，由开篇的假设可知r₁与r₂的值已知、S_th与P_th值已知；G_t和G_r的增益相同且已知，h_t和h_r的高度相同且已知，可得：与为定值，所以通过(8)和(9)可以得出P_ct为Δh的函数，可以用下式表示

P_ct＝g(Δh)   (12)

上述讨论是基于CTx的运动方向不变的情况，下面讨论假设CTx的运动距离Δh为定值时，CTx的运动方向发生改变时动态场景下功率控制方法。

假设CTx从坐标轴原点出发，向不同的方向运动，如图4所示的8种运动方向，可以看出公式(8)和(9)函数中的θ₁和θ₂发生了改变，P_ct成为cosθ_x的函数，可以用下式表示：

P_ct＝s(cosθ_x)   (13)

从公式(8)可以看出，当θ₂在[0，π]区间内，P_ct函数为单调递增函数；当θ₂在[π，2*π]区间内，P_ct函数为单调递减函数。所以图4中CTx运动方向可以简化为两个方向，即r₂与运动方向的夹角θ₂落在[0，π]或者[π，2*π]区间内。这里考虑θ₂的几个特殊情况：

1、θ₂＝0或者θ₂＝2*π：说明运动方向与r₂在一条直线上，并且其运动趋势是逼近CRx方向，cosθ₂＝0。

2、θ₂＝π：说明运动方向与r₂在一条直线上，并且其运动趋势是背离CRx方向，cosθ₂＝-1。

从上述两种情况可以看出，θ₂＝0与θ₂＝2*π与θ₂＝π分别为函数s(cosθ₂)的拐点。

动态场景下多授权用户功率控制方法如本具体实施方式所示：

上面讨论的是包括一授权用户、一个认知用户接收单元、一个认知用户发射单元的下垫式频谱共享模型下的通信场景。接下来讨论包括多个授权用户、一个认知用户接收单元、一个认知用户发射单元的下垫式频谱共享模型下的通信场景。

图5中存在多个授权用户，下面讨论在此通信场景下的功率控制方法

假设每个授权用户的干扰门限相同P_th1＝P_th2＝…P_thn。在这里给出max(P_rpn)概念对上述通信模型进行简化。

max(P_rpn)的含义为max{P_rp1，P_rp2，P_rp3，…，P_rpn}，P_rpn为授权用户接收到的来自认知用户的干扰功率。max(P_rpn)即计算所有授权用户中受到干扰最大者。在图5中，假设max(P_rpn)的授权用户为PRx2，可以有如下结论：

(1).如果CTx的发射功率没有对PRx2造成干扰，那么CTx的发射功率必然不会对其它主接收用户造成干扰；

(2).如果CTx的发射功率对PRx2造成了干扰，那么CTx将立即关闭发射

(3).随着认知用户发射单元的位置的改变max(P_rpn)的值在不同时刻是不同的。

根据上面的结论可以把图6的通信场景进行简化，假设：

步骤C1、时刻1，max(P_rpn)的授权用户为PRx2，根据上述结论可以把此通信场景简化为只有PRx2、CTx、CRx的场景，即图2所描述的通信场景。

步骤C2、时刻2，CTx朝某个方向运动后，max(P_rpn)的授权用户为PRx3，也可以根据上述结论可以把此通信场景简化为只有PRx3、CTx、CRx的场景，即图2所描述的通信场景.

步骤C3、考虑特殊情况，当CTx朝某个方向运动后，可能导致max(P_rpn)的授权用户有多个，其实也可以按照(a)和(b)的方式简化，因为如果此时CTx静止不动，简化后的通信场景只保留一个认知用户即可；如果此时CTx朝某个方向运动，就必然打破这种特殊情况，所以上述的通信模型简化方法依然有效。

经过上述分析，可以把图5的通信场景简化成图2的通信场景，把看似复杂的通信场景进行归一化处理，利用通用简单的通信模型来讨论功率控制问题。

以下通过具体的仿真实验验证本发明的效果：

仿真用的参数如表1所示，在这里给定了CTx的发射功率范围，授权用户和认知用户的坐标位置，授权用户的接收干扰门限，认知用户的接收门限，用户天线的增益和高度值，路径损耗因子和仿真时间等参数。

表1 仿真参数

CTx的最大发射功率	100W
		CTx的最小发射功率	1W
PRx的坐标	(-4km，4km)
		CRx的坐标	(3km，4km)
CTx的坐标	(0km，0km)
		PRx的接收干扰功率门限Pth	7dB
CRx的接收功率门限Sth	11dB
		发射和接收天线增益Gt和Gr	3dB
发射和接收天线的高度ht和hr	1m
		路径损耗因子	3
仿真时间	600s

假设CTx以速率匀速运动，CTx的运动方向每t秒改变一次，其中t为0到50秒的整数集合，CTx运行的平均速率可以为10，20，30，40，50米/秒，运动方向夹角θ到2π为周期，其中，当θ取0，π，2π时为函数的拐点。CTx的初始坐标为(0km，0km)，PRx的初始坐标为(-4km，4km)，CRx的初始坐标为(3km，4km)，CTx每秒钟更新位置信息。

上面已经推导出P_ct为Δh和cosθ_x的函数，如公式(12)和(13)，功率控制方法仿真结果如图6所示，从图中可以清晰的看出，假设θ₂固定不变(即CTx的运动方向不发生改变)，当CTx运动趋势是背离CRx方向时(即Δh＜0时)，CTx的发射功率逐渐增加，由于CTx的发射功率避免造成对PRx干扰，所以其发射功率不能任意增加，当增加到45.4W时，CTx停止发射；当CTx运动趋势是逼近CRx方向时(即Δh＞0时)，CTx的发射功率逐渐减小，由上面的假设坐标位置可知，当Δh＝5km时，CTx与CRx的距离最短，从图6也可以看出，此时的CTx的发射功率也是最小。假设Δh不变，(即CTx的运动距离为定值)，当θ₂在[0，π]区间内，P_ct函数为单调递增函数；当θ₂在[π，2*π]区间内，P_ct函数为单调递减函数。θ₂＝0与θ₂＝2*π与θ₂＝π分别为函数s(cosθ₂)的拐点。

图7和图8假设CTx沿着d₃方向或者d₇方向运动时，发射功率曲线与PRx接收到的干扰功率之间的关系，图中蓝色实心点表示的为当CTx不考虑对授权用户干扰的情况下的发射功率曲线，红色圆表示的为CTx考虑对授权用户干扰的情况下的发射功率曲线，可以看出，当CTx沿着d₃方向运行时，CTx与CRx的距离先变小后增加，在此运动轨迹下4km为CTx与CRx的最短距离。当CTx沿着d₇方向运行时，CTx与CRx的距离逐渐增加。CTx与PRx距离变化趋势也是如此。从图7和图8可以看出，CTx的发射功率随着运动距离的改变而改变，CTx对PRx的干扰也是如此。当考虑PRx的干扰，CTx会存在禁发区，即图7中红色圆以外的部分。

图9表示的是CTx采用不同功率控制方法时的总能量值。本图假设CTx以速率＝50m/s匀速运动，运动距离Δh＝8km，假设在这段区间内，认知用户不会对授权用户造成干扰。假设固定发射功率为40W；分段式固定功率方法中将功率分为16个等级。从图中可以看出，当采用传统的固定发射功率方法时，功耗最大；当采用分段式固定功率方法，用户不同单位时间段内采用不同的发射功率，和传统固定发射功率方法相比具有一定灵活性，而且降低能耗；当采用本发明的功率控制方法，节能效果非常明显。由上图可以看出，随着Δh的增加，本发明提出的功率控制方法的节能优势非常明显。当Δh超过4km时，固定功率方法能耗已经超过本发明所提出的功率方法能耗的2倍。

因为能量是功率与时间的乘积，所以认知用户的移动速度决定了其能耗，从图10可以更清晰的看出当认知用户移动速度较慢的情况下本发明功率控制方法在节能方面的优势。

图11中假设CTx的初始坐标为(0km，0km)，PRx的坐标为(-4km，4km)，CRx的坐标为(3km，4km)。假设CTx从原点以10米/秒的速率出发，每1km停4秒，CTx首先从(0，0)位置出发，先到达(0，1)位置并停留4秒然后继续按照箭头方向运动，最后回到(0，0)点，运动轨迹如图11所示。

CTx按照图11的轨迹运动时，功率控制方法需要考虑三方面问题：

1.CTx的发射功率不能对授权用户造成干扰；

2.CTx的发射功率要保证认知用户正常通信；

3.以上述两个条件为前提，CTx的能耗降为最低。

图12为CTx功率控制曲线，实线为CTx的发射区域，虚线为CTx的禁发区域。图13为CTx的发射功率对PRX造成的干扰曲线，实线为未干扰区域，虚线干扰区域。当CTx的发射功率已经对授权用户造成了干扰，而且如果降低发射功率知用户将不能正确接收到CTx的信息，所以此时CTx关闭发射。CTx在运动过程中随时更新位置信息，当CTx的发射功率可以满足认知用户的接收同时也不会对授权用户造成干扰时，CTx启动发射。

本发明提出的功率控制方法目的如下：

(a)、授权用户和认知用户工作在下垫式频谱共享模型下，认知用户不会对授权造成干扰，实现并存工作；

(b)、授权用户在保证通信质量的前提下，采用最优发射功率，降低能耗。

在上述通信场景中，假设每个节点可以通过全球定位系统或者是其他的定位方法获得自己的位置信息和附近节点的位置信息。

当前，功率控制问题主要集中在填充式频谱共享通信模型下，在此模型下人们考虑如何控制功率来提高网络吞吐量，或者如何在认知网络下通过多跳方式节约传输能耗问题，但是很少人在下垫式频谱共享模型下考虑这些问题。在部分文献中的下垫式频谱共享模型中，作者只简单的从几何学的观点上描述了认知用户功率辐射区域，但并没有考虑功率控制问题，而且作者假设的认知用户的发射端和接收端都是位置固定不变的，并没有考虑认知用户的移动性。

本发明所提出的功率控制方法在前人研究的基础上进行改进，传统方法认知节点间采用固定发射功率，认知节点并没有功率控制能力；有的文献中对认知节点进行功率控制，但是这些研究多假设认知用户位置固定不变，并没有对移动认知用户的功率控制问题进行讨论；有的文献研究功率控制的目的是为了避免对授权用户的干扰，但是认知用户的节能问题并没有考虑。本发明综合以上相关研究的不足之处，提出一种在下垫式频谱共享模型下的认知用户的功率控制方法，在此模型下，本发明所假设的认知用户具有可移动性，而且认知用户不但能避免对授权用户的干扰，同时能够在有效保证通信质量的前提下降低能耗。

本发明首先对静态场景，动态场景，单授权用户场景，多授权用户场景进行分析，寻找各场景间的相关性，并对多授权用户场景进行简化整理，最后将单授权用户和多授权用户通信场景归一化，提出通用通信场景概念。根据此场景本发明提出了功率控制方法并构建数学模型，并对此数学模型进行论证和推演。分析和仿真结果表明，该方法不但可以有效避免对授权用户的干扰，而且在保证了通信质量的前提下明显的减小了认知用户的能耗。

Claims (5)

1.认知无线电中基于频谱共享的功率控制方法，其特征是：

它是静态场景下单授权用户的功率控制方法，它采用以下步骤实现：

步骤一、根据已更新的授权用户PRx、认知用户发射单元CTx和认知用户接收单元CRx的位置信息获取认知用户发射单元CTx到授权用户PRx的直线距离r₁和认知用户发射单元CTx到认知用户接收单元CRx的直线距离r₂；

步骤二、根据公式：

$P_{\mathrm{rp}}=P_{\mathrm{ct}}{G}_t{G}_r\frac{h_t^2{h}_r^2}{{\left(r_2\right)}^{\mathrm{\&alpha;}}}$

获得认知用户发射单元CTx的发射功率经过路径损耗后实际到达授权用户PRx的功率P_rp；式中：p_ct为认知用户发射单元CTx的发射功率，G_r和G_t分别为发射和接收天线的增益，h_t和h_r分别为发射和接收天线的高度，α为路径损耗参数；

并根据公式：

$P_{\mathrm{re}}=P_{\mathrm{ct}}{G}_t{G}_r\frac{h_t^2{h}_r^2}{{\left(r_2\right)}^{\mathrm{\&alpha;}}}$

获得认知用户发射单元CTx的发射功率经过路径损耗后实际到达认知用户接收单元CRx的功率P_rc；并择一执行下列步骤：

步骤二一、当(P_rc≥S_th)、(P_rp＜P_th)且时，迭代减小认知用户发射单元CTx的发射功率，并利用数学模型计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

式中：S_th为认知用户接收单元的最小接收功率门限；和分别为认知用户发射单元CTx所允许的最小和最大发射功率；Pth为授权用户的干扰功率门限；

步骤二二、当(P_rt＞S_th)、(P_rp＜P_th)且时，则迭代增加认知用户发射单元CTx的发射功率，并利用数学模型计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

步骤二三、当P_rp＞P_th时，将认知用户发射单元CTx的发射功率调节到最小值，并迭代增加该认知用户发射单元CTx的发射功率；

在迭代增加该认知用户发射单元CTx的发射功率的过程中：

步骤二三一、当(P_rp＞P_th)且停止信号发射；

步骤二三二、(P_rt≥S_th)、(P_rp＜P_th)且则认知用户发射单元CTx采用在的功率进行信号发射；

步骤二三三、如果(P_rt≥S_th)、(P_rp＜P_th)且计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

步骤二四、当(P_rt＜S_th)、(P_rp＜P_th)且时，停止信号发射；

步骤二五、当(P_rt≥S_th)、(P_rp＞P_th)且时，停止信号发射；

步骤二六、当(P_rt＜S_th)且(P_rp＞P_th)时，停止信号发射；

完成静态场景下的认知无线电中基于频谱共享的功率控制。

2.认知无线电中基于频谱共享的功率控制方法，其特征是：

它是动态场景下单授权用户的功率控制方法，它采用以下步骤实现：

步骤A1、根据公式：

$r_{11}=\sqrt{{\left(\mathrm{\&Delta;h}\right)}^2+r_1^2-2\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{hr}}_1\cos {\mathrm{\&theta;}}_1}$

获得第t时刻下，认知用户发射单元CTx到授权用户PRx的直线距离r₁₁；θ₁为认知用户发射单元CTx的初始位置到授权用户PRx的直线距离r₁所在直线与该认知用户发射单元CTx运动方向的夹角；

式中：Δh为认知用户发射单元CTx在t时刻下的按照一个方向的运动距离；t为正数；

根据公式：

$r_{22}=\sqrt{{\left(\mathrm{\&Delta;h}\right)}^2+r_2^2-2\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{hr}}_2\cos {\mathrm{\&theta;}}_2}$

获得第t时刻下，认知用户发射单元CTx到认知用户接收单元CRx的直线距离r₂₂；θ₂为认知用户发射单元CTx的初始位置到认知用户接收单元CRx的直线距离r₂所在直线与该认知用户发射单元CTx运动方向的夹角；

步骤A2、根据公式：

$P_{\mathrm{rp}}=P_{\mathrm{ct}}{G}_t{G}_r\frac{h_t^2{h}_r^2}{{({\left(\mathrm{\&Delta;h}\right)}^2+r_1^2-2\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{hr}}_1\cos {\mathrm{\&theta;}}_1)}^{\mathrm{\&alpha;}/2}}$

获得认知用户发射单元CTx的发射功率经过路径损耗后实际到达授权用户PRx的功率P_rp；式中：p_ct为认知用户发射单元CTx的发射功率，G_t和G_r分别为发射和接收天线的增益，h_t和h_r分别为发射和接收天线的高度，α为路径损耗参数；

根据公式：

$P_{\mathrm{rc}}=P_{\mathrm{ct}}{G}_t{G}_r\frac{h_t^2{h}_r^2}{{({\left(\mathrm{\&Delta;h}\right)}^2+r_2^2-2\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{hr}}_2\cos {\mathrm{\&theta;}}_2)}^{\mathrm{\&alpha;}/2}}$

获得认知用户发射单元CTx的发射功率经过路径损耗后实际到达认知用户接收单元CRx的功率P_rc；并择一执行下列步骤：

步骤A21、当(P_rt≥S_th)、(P_rp＜P_th)且时，迭代减小认知用户发射单元CTx的发射功率，并利用数学模型计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

式中：S_th为认知用户接收单元的最小接收功率门限；和分别为认知用户发射单元CTx所允许的最小和最大发射功率；Pth为授权用户的干扰功率门限；

步骤A22、当(P_rt＜S_th)、(P_rp＜P_th)且时，则迭代增加认知用户发射单元CTx的发射功率，并利用数学模型计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

步骤A23、当P_rp＞P_th时，将认知用户发射单元CTx的发射功率调节到最小值，并迭代增加该认知用户发射单元CTx的发射功率；

在迭代增加该认知用户发射单元CTx的发射功率的过程中：

步骤A231、当(P_rp＞P_th)且停止信号发射；

步骤A232、(P_rt≥S_th)、(P_rp＜P_th)且则认知用户发射单元CTx采用在的功率进行信号发射；

步骤A233、如果(P_rt≥S_th)、(P_rp＜P_th)且计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

步骤A24、当(P_rt＜S_th)、(P_rp＜P_th)且时，停止信号发射；

步骤A25、当(P_rt≥S_th)、(P_rp＞P_th)且时，停止信号发射；

步骤A26、当(P_rt＜S_th)且(P_rp＞P_th)时，停止信号发射；

完成动态场景下的认知无线电中基于频谱共享的功率控制。

3.认知无线电中基于频谱共享的功率控制方法，其特征是：

它是动态场景下多授权用户的功率控制方法，它采用以下步骤实现：

步骤B1、采用所有授权用户中受到干扰最大者max(P_rpn)将动态场景下多授权用户通信模型简化为动态场景下单授权用户通信模型；

式中：P_rpn为授权用户接收到的来自认知用户的干扰功率；

步骤B2、根据公式：

$r_{11}=\sqrt{{\left(\mathrm{\&Delta;h}\right)}^2+r_1^2-2\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{hr}}_1\cos {\mathrm{\&theta;}}_1}$

获得第t时刻下，认知用户发射单元CTx到授权用户PRx的直线距离r₁₁；θ₁为认知用户发射单元CTx的初始位置到授权用户PRx的直线距离r₁所在直线与该认知用户发射单元CTx运动方向的夹角；

式中：Δh为认知用户发射单元CTx在t时刻下的按照一个方向的运动距离；t为正数；

根据公式：

$r_{22}=\sqrt{{\left(\mathrm{\&Delta;h}\right)}^2+r_2^2-2\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{hr}}_2\cos {\mathrm{\&theta;}}_2}$

获得第t时刻下，认知用户发射单元CTx到认知用户接收单元CRx的直线距离r₂₂；θ₂为认知用户发射单元CTx的初始位置到认知用户接收单元CRx的直线距离r₂所在直线与该认知用户发射单元CTx运动方向的夹角；

步骤B3、根据公式：

$P_{\mathrm{rp}}=P_{\mathrm{ct}}{G}_t{G}_r\frac{h_t^2{h}_r^2}{{({\left(\mathrm{\&Delta;h}\right)}^2+r_1^2-2\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{hr}}_1\cos {\mathrm{\&theta;}}_1)}^{\mathrm{\&alpha;}/2}}$

获得认知用户发射单元CTx的发射功率经过路径损耗后实际到达授权用户PRx的功率P_rp；式中：p_ct为认知用户发射单元CTx的发射功率，G_t和G_r分别为发射和接收天线的增益，h_t和h_r分别为发射和接收天线的高度，α为路径损耗参数；

根据公式：

$P_{\mathrm{rc}}=P_{\mathrm{ct}}{G}_t{G}_r\frac{h_t^2{h}_r^2}{{({\left(\mathrm{\&Delta;h}\right)}^2+r_2^2-2\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{hr}}_2\cos {\mathrm{\&theta;}}_2)}^{\mathrm{\&alpha;}/2}}$

获得认知用户发射单元CTx的发射功率经过路径损耗后实际到达认知用户接收单元CRx的功率P_rc；并择一执行下列步骤：

步骤B31、当(P_rt≥S_th)、(P_rP＜P_th)且时，迭代减小认知用户发射单元CTx的发射功率，并利用数学模型计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

式中：S_th为认知用户接收单元的最小接收功率门限；和分别为认知用户发射单元CTx所允许的最小和最大发射功率；Pth为授权用户的干扰功率门限；

步骤B32、当(P_rt＜S_th)、(P_rp＜P_th)且时，则迭代增加认知用户发射单元CTx的发射功率，并利用数学模型计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

步骤B33、当P_rp＞P_th时，将认知用户发射单元CTx的发射功率调节到最小值，并迭代增加该认知用户发射单元CTx的发射功率；

在迭代增加该认知用户发射单元CTx的发射功率的过程中：

步骤B331、当(P_rp＞P_th)且停止信号发射；

步骤B332、(P_rt≥S_th)、(P_rp＜P_th)且则认知用户发射单元CTx采用在的功率进行信号发射；

步骤B333、如果(P_rt≥S_th)、(P_rp＜P_th)且计算认知用户发射单元CTx的最优发射功率，并采用该最优发射功率进行信号发射；

步骤B34、当(P_rt＜S_th)、(P_rp＜P_th)且时，停止信号发射；

步骤B35、当(P_rt≥S_th)、(P_rp＞P_th)且时，停止信号发射；

步骤B36、当(P_rt＜S_th)且(P_rp＞P_th)时，停止信号发射；

完成动态场景下多授权用户的认知无线电中基于频谱共享的功率控制。

4.根据权利要求3所述的认知无线电中基于频谱共享的功率控制方法，其特征在于max(P_rpn)的取值为max{P_rp1，P_rp2，P_rp3，…，P_rpn}，其中：P_rpn为授权用户接收到的来自认知用户的干扰功率，n为授权用户的总数。

5.根据权利要求3所述的认知无线电中基于频谱共享的功率控制方法，其特征在于步骤B1中采用所有授权用户中受到干扰最大者max(P_rpn)将动态场景下多授权用户通信模型简化为动态场景下单授权用户通信模型，是择一采用下列方法实现的：

下列方法中，PRx2为max(P_rpn)的授权用户；PRx3为PRx2朝某个方向运动后的授权用户；

步骤C1、在时刻1下，max(P_rpn)的授权用户为PRx2，则此通信场景简化为只有授权用户PRx2、认知用户发射单元CTx和认知用户接收单元CRx的场景；

步骤C2、在时刻2下，max(P_rpn)的授权用户为PRx3，则此通信场景简化为只有授权用户PRx3、认知用户发射单元CTx和认知用户接收单元CRx的场景；

步骤C3、在认知用户发射单元CTx朝某个方向运动后，max(p_rpn)出现的多个授权用户按照步骤C1或步骤C2的方式进行场景简化。