CN109088685B - 一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法及装置 - Google Patents

一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109088685B
CN109088685B CN201810971975.7A CN201810971975A CN109088685B CN 109088685 B CN109088685 B CN 109088685B CN 201810971975 A CN201810971975 A CN 201810971975A CN 109088685 B CN109088685 B CN 109088685B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cognitive
user node
node
data transmission
base station
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810971975.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109088685A (zh
Inventor
许文俊
段皓
林家儒
高晖
温志刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Posts and Telecommunications
Original Assignee
Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Posts and Telecommunications filed Critical Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority to CN201810971975.7A priority Critical patent/CN109088685B/zh
Publication of CN109088685A publication Critical patent/CN109088685A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109088685B publication Critical patent/CN109088685B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/382—Monitoring; Testing of propagation channels for resource allocation, admission control or handover
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/14—Spectrum sharing arrangements between different networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明实施例提供了一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法及装置，该方法包括：根据认知无线网络的相关参数、主用户对频谱的占用概率、主用户与认知无线网络之间的信道系数、检测门限的初始值、感知时长的初始值、数据传输时长的初始值和每个认知用户节点的初始能量值，采用所确定的检测门限、认知基站节点的感知时长、每个认知用户节点的数据传输时长、每个认知用户节点的数据传输功率与认知无线网络总吞吐量的关系，计算第一检测门限、每个认知用户节点的第一数据传输功率、认知基站节点的第一感知时长、每个认知用户节点的第一数据传输时长；从而实现对影响认知无线网络的多个因素进行优化，提高认知无线网络的总吞吐量。

Description

一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法及装置
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法及装置。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，不断增长的频谱需求和日益匮乏的频谱资源之间的矛盾越来越突出。
为了实现频谱资源的有效利用，认知无线电技术被提出，在认知无线网络中，认知用户节点通过感知授权频谱的使用状态，当主用户未使用授权频谱时，认知用户节点通过动态、自适应地改变自身的传输参数，接入该授权频率，从而有效的提升授权频谱的利用率。
具体的，认知无线网络中可以包括一个认知基站节点和多个认知用户节点，该认知基站节点和认知用户节点在每个传输周期开始前分别进行信道质量评估，每个认知用户节点在完成信道质量评估后，将评估结果发送给认知基站节点，然后认知基站节点以最大化网络吞吐量为目标，对该多个认知用户节点的传输时间和发射功率进行联合优化，以获得最优资源分配结果。然后将最优资源分配结果广播给认知用户节点，以使得每个认知用户节点根据对应的最优资源分配结果进行能量收集或数据传输。
然而，上述的方案中，仅仅对传输时间和发射功率进行了优化，并未对影响认知无线网络最大吞吐量的其他因素进行优化。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法及装置，以实现对影响认知无线网络的多个因素进行优化，以提高认知无线网络的吞吐量。具体技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法，应用于能量频谱双维认知无线网络，能量频谱双维认知无线网络为：由感知并采集认知无线网络中的能量的认知用户节点，和感知空闲授权频段的认知基站节点，构成的认知无线网络；该方法包括：
获取认知无线网络的相关参数、主用户对频谱的占用概率以及主用户与认知无线网络之间的信道系数，其中，认知无线网络中的相关参数包括：认知基站节点与多个认知用户节点中的每个认知用户节点之间的上行信道系数和下行信道系数、认知基站节点检测到主用户的信号的平均信噪比、认知无线网络的能量转换效率和认知基站节点的检测噪声功率、每个认知用户节点的检测噪声功率、认知基站节点的传输功率、认知基站节点的采样频率；
根据认知无线网络的相关参数和主用户对频谱的占用概率，确定检测门限、认知基站节点的感知时长、每个认知用户节点的数据传输时长、每个认知用户节点的数据传输功率与认知无线网络的总吞吐量的关系；
获取检测门限的初始值、感知时长的初始值、数据传输时长的初始值以及每个认知用户节点的初始能量值，并在每个认知用户节点传输功率受限和对主用户的干扰受限以及检测门限范围受限的条件下，根据认知无线网络的相关参数、主用户对频谱的占用概率以及主用户与认知无线网络之间的信道系数，采用所确定的检测门限、认知基站节点的感知时长、每个认知用户节点的数据传输时长、每个认知用户节点的数据传输功率与认知无线网络的总吞吐量的关系，计算认知无线网络的总吞吐量最大时的第一检测门限、每个认知用户节点的第一数据传输功率、认知基站节点的第一感知时长、每个认知用户节点的第一数据传输时长；
按照第一感知时长和第一检测门限对频谱进行检测；
在检测频谱空闲时，将每个认知用户节点的第一数据传输功率和第一数据传输时长发送至对应的认知用户节点，以使得每个认知用户节点按照对应的第一数据传输功率和第一数据传输时长使用频谱传输数据。
第二方面，本发明实施例还提供了一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的装置，应用于能量频谱双维认知无线网络，能量频谱双维认知无线网络为：由感知并采集认知无线网络中的能量的认知用户节点，和感知空闲授权频段的认知基站节点，构成的认知无线网络；该装置包括：
参数获取模块，用于获取认知无线网络的相关参数、主用户对频谱的占用概率以及主用户与认知无线网络之间的信道系数，其中，认知无线网络中的相关参数包括：认知基站节点与多个认知用户节点中的每个认知用户节点之间的上行信道系数和下行信道系数、认知基站节点检测到主用户的信号的平均信噪比、认知无线网络的能量转换效率和认知基站节点的检测噪声功率、每个认知用户节点的检测噪声功率、认知基站节点的传输功率、认知基站节点的采样频率；
关系确定模块，用于根据认知无线网络的相关参数和主用户对频谱的占用概率，确定检测门限、认知基站节点的感知时长、每个认知用户节点的数据传输时长、每个认知用户节点的数据传输功率与认知无线网络的总吞吐量的关系；
计算模块，用于获取检测门限的初始值、感知时长的初始值、数据传输时长的初始值以及每个认知用户节点的初始能量值，并在每个认知用户节点传输功率受限和对主用户的干扰受限以及检测门限范围受限的条件下，根据认知无线网络的相关参数、主用户对频谱的占用概率以及主用户与认知无线网络之间的信道系数，采用所确定的检测门限、认知基站节点的感知时长、每个认知用户节点的数据传输时长、每个认知用户节点的数据传输功率与认知无线网络的总吞吐量的关系，计算认知无线网络的总吞吐量最大时的第一检测门限、每个认知用户节点的第一数据传输功率、认知基站节点的第一感知时长、每个认知用户节点的第一数据传输时长；
检测模块，用于按照第一感知时长和第一检测门限对频谱进行检测；
发送模块，用于在检测频谱空闲时，将频谱、每个认知用户节点的第一数据传输功率和第一数据传输时长发送至对应的认知用户节点，以使得每个认知用户节点按照对应的第一数据传输功率和第一数据传输时长使用频谱传输数据。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述任一所述的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法的步骤。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质内存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一所述的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法的步骤。
本发明实施例提供的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法及装置，在获取到认知无线网络的相关参数、主用户对频谱的占用概率以及主用户与认知无线网络之间的信道系数后，可以根据认知无线网络的相关参数和主用户对频谱的占用概率，确定检测门限、认知基站节点的感知时长、每个认知用户节点的数据传输时长、每个认知用户节点的数据传输功率与认知无线网络的总吞吐量的关系；获取检测门限的初始值、感知时长的初始值、数据传输时长的初始值以及每个认知用户节点的初始能量值，并在每个认知用户节点传输功率受限和对主用户的干扰受限以及检测门限范围受限的条件下，根据认知无线网络的相关参数、主用户对频谱的占用概率以及主用户与认知无线网络之间的信道系数，采用所确定的检测门限、认知基站节点的感知时长、每个认知用户节点的数据传输时长、每个认知用户节点的数据传输功率与认知无线网络的总吞吐量的关系，计算认知无线网络的总吞吐量最大时的第一检测门限、每个认知用户节点的第一数据传输功率、认知基站节点的第一感知时长、每个认知用户节点的第一数据传输时长。从而可以实现对影响认知无线网络的多个因素进行优化，以使得通过该多个因素计算的总吞吐量为最大吞吐量，从而可以提高认知无线网络的吞吐量。进一步的，可以按照第一感知时长和第一检测门限对频谱进行检测；在检测频谱空闲时，将每个认知用户节点的第一数据传输功率和第一数据传输时长发送至对应的认知用户节点，以使得每个认知用户节点按照对应的第一数据传输功率和第一数据传输时长使用频谱传输数据。当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法的应用场景的结构示意图；
图2为本发明实施例的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法的流程示意图；
图3为本发明实施例的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法中的时隙结构图；
图4为本发明实施例的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的装置的结构示意图；
图5为本发明实施例的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了解决现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法及装置，以实现对影响认知无线网络的多个因素进行优化，以提高认知无线网络的吞吐量。
下面，首先对本发明实施例的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法的应用场景进行说明，如图1所示，为本发明实施例的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法的应用场景的结构示意图；在图1中，可以包括：主用户网络110和认知无线网络120。
该能量频谱双维认知无线网络为：由可以感知并采集认知无线网络中的能量的认知用户节点，和可以感知空闲授权频段的认知基站节点，构成的认知无线网络。
其中，主用户网络110可以包括主用户基站111和主用户112。认知无线网络120可以包括多个认知用户节点121和一个认知基站节点122。链路123表示认知用户节点121收集能量的链路，链路124表示数据传输链路，链路125表示认知用户节点121和认知基站节点122对主用户112的干扰。该认知基站节点122可以是应用本发明实施例的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法的认知基站节点。
下面，对本发明实施例的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法进行介绍，如图2所示，为本发明实施例的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法的流程示意图，该方法可以包括：
S210，获取认知无线网络的相关参数、主用户对频谱的占用概率以及主用户与认知无线网络之间的信道系数。
其中，认知无线网络中的相关参数包括：认知基站节点与多个认知用户节点中的每个认知用户节点之间的上行信道系数和下行信道系数、认知基站节点检测到的主用户的平均信噪比、认知无线网络的能量转换效率和认知基站节点的检测噪声功率、每个认知用户节点的检测噪声功率、认知基站节点的传输功率、认知基站节点的采样频率。
在一些示例中，本发明实施例的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法，可以应用于单个时隙，也可以应用于多个时隙。
具体的，在该时隙开始之前，上述的认知基站节点可以首先获取认知无线网络的相关参数、主用户对频谱的占用概率以及主用户与认知无线网络之间的信道系数。
在一些示例中，上述的占用概率、信道系数以及认知无线网络的相关参数，可以是在主用户网络和该认知无线网络的历史运行过程中，通过采集得到的。也可以是根据经验预先设置的。
在一些示例中，上述的占用概率、信道系数以及认知无线网络的相关参数可以预先存储在该认知基站节点的存储介质中，因此，上述的认知基站节点可以从该存储介质中获取到该占用概率、信道系数以及认知无线网络的相关参数。
S220，根据认知无线网络的相关参数和主用户对频谱的占用概率，确定检测门限、认知基站节点的感知时长、每个认知用户节点的数据传输时长、每个认知用户节点的数据传输功率与认知无线网络的总吞吐量的关系。
为了在计算认知无线网络的总吞吐量时，能够充分考虑影响该总吞吐量的多个因素，本发明实施例可以首先根据上述的认知无线网络的相关参数和主用户对频谱的占用概率，确定影响总吞吐量的因素与总吞吐量的关系。
具体的，可以根据认知无线网络的相关参数和主用户对频谱的占用概率，确定检测门限、认知基站节点的感知时长、每个认知用户节点的数据传输时长、每个认知用户节点的数据传输功率与认知无线网络的总吞吐量的关系。
通过确定检测门限、认知基站节点的感知时长、每个认知用户节点的数据传输时长以及每个认知用户节点的数据传输功率与认知无线网络的总吞吐量的关系，可以使得在后续计算总吞吐量时，充分考虑检测门限、认知基站节点的感知时长、每个认知用户节点的数据传输时长以及每个认知用户节点的数据传输功率对认知无线网络的总吞吐量的影响。
在一些示例中，可以通过以下方式，确定检测门限、认知基站节点的感知时长、每个认知用户节点的数据传输时长、每个认知用户节点的数据传输功率与认知无线网络的总吞吐量的关系：
根据认知基站节点与每个认知用户节点之间的上行信道系数
Figure BDA0001776431540000061
认知基站节点的采样频率fs、认知基站节点的检测噪声功率
Figure BDA0001776431540000062
每个认知用户节点的检测噪声功率
Figure BDA0001776431540000063
认知基站节点的传输功率
Figure BDA0001776431540000064
以及主用户对频谱的占用概率qk，通过公式(1)：
Figure BDA0001776431540000065
确定检测门限εk、认知基站节点的感知时长
Figure BDA0001776431540000066
每个认知用户节点的数据传输时长
Figure BDA0001776431540000067
每个认知用户节点的数据传输功率
Figure BDA0001776431540000068
与认知无线网络的总吞吐量
Figure BDA0001776431540000069
的关系，其中，β为认知无线网络的自干扰系数，k为时隙数，1≤k≤K，K为总时隙数。
在一些示例中，在各个时隙中，认知基站节点与每个认知用户节点之间的上行信道系数
Figure BDA00017764315400000610
可以相同，也可以不同，认知基站节点的采样频率fs可以相同，也可以不同，认知基站节点的检测噪声功率
Figure BDA00017764315400000611
可以相同，也可以不同，每个认知用户节点的检测噪声功率
Figure BDA00017764315400000612
可以相同，也可以不同，认知基站节点的传输功率
Figure BDA00017764315400000613
可以相同，也可以不同，主用户对频谱的占用概率qk可以相同，也可以不同，这都是可以的。
S230，获取检测门限的初始值、感知时长的初始值、数据传输时长的初始值以及每个认知用户节点的初始能量值，并在每个认知用户节点传输功率受限和对主用户的干扰受限以及检测门限范围受限的条件下，根据认知无线网络的相关参数、主用户对频谱的占用概率以及主用户与认知无线网络之间的信道系数，采用所确定的检测门限、认知基站节点的感知时长、每个认知用户节点的数据传输时长、每个认知用户节点的数据传输功率与认知无线网络的总吞吐量的关系，计算认知无线网络的总吞吐量最大时的第一检测门限、每个认知用户节点的第一数据传输功率、认知基站节点的第一感知时长、每个认知用户节点的第一数据传输时长。
在一些示例中，上述的检测门限的初始值、感知时长的初始值、数据传输时长的初始值以及每个认知用户节点的初始能量值，可以是根据经验，预先设置在上述的认知基站节点中的。
在一些示例中，针对每个时隙，由于该时隙的时长是有限的，因此，在计算认知无线网络的总吞吐量最大时的第一检测门限、每个认知用户节点的第一数据传输功率、认知基站节点的第一感知时长、每个认知用户节点的第一数据传输时长时，可以基于该时隙的总时长进行计算。
当上述的认知基站节点在获取到检测门限的初始值、感知时长的初始值、数据传输时长的初始值以及每个认知用户节点的初始能量值后，可以在每个认知用户节点传输功率受限和对主用户的干扰受限以及检测门限范围受限的条件下，根据认知无线网络的相关参数、主用户对频谱的占用概率以及主用户与认知无线网络之间的信道系数，采用步骤S220中所确定的检测门限、认知基站节点的感知时长、每个认知用户节点的数据传输时长、每个认知用户节点的数据传输功率与认知无线网络的总吞吐量的关系，计算认知无线网络的总吞吐量最大时的第一检测门限、每个认知用户节点的第一数据传输功率、认知基站节点的第一感知时长、每个认知用户节点的第一数据传输时长。
具体的，可以通过以下步骤计算认知无线网络的总吞吐量最大时的第一检测门限、每个认知用户节点的第一数据传输功率、认知基站节点的第一感知时长、每个认知用户节点的第一数据传输时长：
步骤A，在第k个时隙，获取并根据每个认知用户节点在该时隙的初始能量值
Figure BDA0001776431540000071
认知基站节点在该时隙的传输功率
Figure BDA0001776431540000072
认知基站节点与每个认知用户节点之间在该时隙的下行信道系数
Figure BDA0001776431540000073
认知无线网络的能量转换效率ηi，通过公式(2)：
Figure BDA0001776431540000074
确定对应的认知用户节点在该时隙的数据传输功率限值Pi k。
其中，i表示多个认知用户节点中的第i个认知用户节点。
在一些示例中，当本发明实施例的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法应用于单个时隙时，在每个时隙中，该时隙的初始能量可以是预先设置的。例如，可以将该初始能量设置为0。
当本发明实施例的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法应用于多个时隙时，在第一个时隙，也即，k＝1时，可以将每个认知用户节点在该第一个时隙的初始能量值确定为0。在一些示例中，该第一时隙的初始能量值可以相同，也可以不同，这里仅仅是为了举例，将各个认知用户节点在该第一个时隙的初始能量值确定为0。
当k＞1时，也即，在该多个时隙中，除第一个时隙外，针对除第一个时隙外的每个时隙，使得计算得到的该时隙的初始能量值更加准确，本发明实施例可以根据基站在该时隙的上一时隙中，检测频谱时检测正确的概率和检测错误的概率，计算该时隙的初始能量值。
在一些示例中，应用本发明实施例的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的认知基站节点，可以采用全双工工作方式进行工作，也即，在每个时隙中，向认知用户节点广播能量，认知用户节点可以获取到该认知基站节点广播的能量，并在数据传输时使用获取到的认知基站节点广播的能量。
当上述的认知基站节点采用全双工工作方式进行工作时，可以根据基站在该时隙的上一时隙中，检测正确的概率和检测错误的概率，建立如表1所示的概率模型。
在表1中，检测正确的概率，包括：认知基站节点检测到主用户在占用频谱，且主用户实际在占用频谱的第一正确概率；认知基站节点检测到频谱空闲，且频谱实际处于空闲状态的第二正确概率；监测错误的概率包括：认知基站节点检测到主用户在占用频谱，但主用户实际并未占用频谱的第一错误概率；认知基站节点检测到频谱空闲，但主用户实际在占用频谱的第二错误概率。
表1全双工工作模式下的概率模型
Figure BDA0001776431540000081
其中，
Figure BDA0001776431540000082
Figure BDA0001776431540000083
在表1中，O表示该主用户实际在占用频谱，
Figure BDA0001776431540000084
表示认知基站节点检测到主用户在占用频谱，V该主用户实际处于空闲状态，
Figure BDA0001776431540000085
表示认知基站节点检测到频谱空闲。
然后，可以基于表1，建立公式4，以计算该时隙的初始能量值。
具体的，上述的认知基站节点，可以根据每个认知用户节点在该时隙的上一时隙中的初始能量值
Figure BDA0001776431540000091
主用户在该时隙的上一时隙中对频谱的占用概率qk-1、每个认知用户节点在该时隙的上一时隙中，与主用户之间的下行信道系
Figure BDA0001776431540000092
认知基站节点在该时隙的上一时隙中的检测门限εk-1、认知基站节点在该时隙的上一时隙中的感知时长
Figure BDA0001776431540000093
主用户在该时隙的上一时隙中的发送功率
Figure BDA0001776431540000094
认知基站节点在该时隙的上一时隙中的传输功率
Figure BDA0001776431540000095
认知基站节点在该时隙的上一时隙中，与每个认知用户节点之间在该时隙的下行信道系数
Figure BDA0001776431540000096
每个认知用户节点在该时隙的上一时隙中的数据传输时长
Figure BDA0001776431540000097
以及每个认知用户节点在该时隙的上一时隙中的传输功率
Figure BDA0001776431540000098
通过公式(4)：
Figure BDA0001776431540000099
计算每个认知用户节点在该时隙的初始能量值
Figure BDA00017764315400000910
其中，
Figure BDA00017764315400000911
为认知基站节点的检测噪声功率，γ为认知基站节点检测到的主用户的平均信噪比，fs为认知基站节点的采样频率，T为第k个时隙的时长，ηi为认知无线网络的能量转换效率。
例如，针对第二个时隙，可以获取并根据每个认知用户节点在第一个时隙中的初始能量值
Figure BDA00017764315400000912
主用户在第一个时隙中对频谱的占用概率q1、每个认知用户节点在第一个时隙中，与主用户之间的下行信道系
Figure BDA00017764315400000913
认知基站节点在第一个时隙中的检测门限ε1、认知基站节点在第一个时隙中的感知时长
Figure BDA00017764315400000914
主用户在第一个时隙中的发送功率
Figure BDA00017764315400000915
认知基站节点在第一个时隙中的传输功率
Figure BDA00017764315400000916
认知基站节点在第一个时隙中，与每个认知用户节点之间在该时隙的下行信道系数
Figure BDA00017764315400000917
每个认知用户节点在第一个时隙中的数据传输时长
Figure BDA00017764315400000918
以及每个认知用户节点在第一个时隙中的传输功率
Figure BDA00017764315400000919
通过公式(4)计算每个认知用户节点在第二个时隙的初始能量值
Figure BDA00017764315400000920
通过本发明实施例，在计算每个认知用户节点的初始能量值时，可以充分考虑在当前时隙的上一时隙中检测正确的概率和检测错误的概率，从而可以提高计算初始能量值的精确度。进而可以在后续步骤中，提高确定第一检测门限、每个认知用户节点的第一数据传输功率、认知基站节点的第一感知时长、每个认知用户节点的第一数据传输时长的精确度。
在一些示例中，当本发明实施例的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法应用于多个时隙时，在每个时隙中，在获取并根据每个认知用户节点在该时隙的初始能量值
Figure BDA0001776431540000101
认知基站节点在该时隙的传输功率
Figure BDA0001776431540000102
认知基站节点与每个认知用户节点之间在该时隙的下行信道系数
Figure BDA0001776431540000103
认知无线网络的能量转换效率ηi，通过公式(2)确定对应的认知用户节点在该时隙的数据传输功率限值Pi k之前，本发明实施例的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法，还可以包括：
获取并根据每个认知用户节点在该时隙的上一时隙的第一数据传输功率
Figure BDA0001776431540000104
和每个认知用户节点与认知基站节点之间的下行信道系数
Figure BDA0001776431540000105
对每个认知用户节点进行排序，得到排序后的多个认知用户节点。
具体的，可以根据上一时隙的第一数据传输功率
Figure BDA0001776431540000106
和每个认知用户节点与认知基站节点之间的下行信道系数
Figure BDA0001776431540000107
的模数的平方，也即
Figure BDA0001776431540000108
对每个认知用户节点进行降序排序，得到排序后的多个认知用户节点。
通过对该多个认知用户节点进行排序，可以使得该多个认知用户节点在后续步骤计算每个认知用户节点的第一数据传输时长时，该排序后的多个认知用户节点的第一数据传输时长按照升序排列，也即，排序越靠前的认知用户节点的第一数据传输时长越短，排序越靠后的认知用户节点的第一数据传输时长越长。
相应的，获取并根据每个认知用户节点在该时隙的初始能量值
Figure BDA0001776431540000109
认知基站节点在该时隙的传输功率
Figure BDA00017764315400001010
认知基站节点与每个认知用户节点之间在该时隙的下行信道系数
Figure BDA00017764315400001011
认知无线网络的能量转换效率ηi，通过公式(2)确定对应的认知用户节点在该时隙的数据传输功率限值Pi k，可以包括：
获取并根据排序后的多个认知用户节点中每个认知用户节点在该时隙的初始能量值
Figure BDA00017764315400001012
认知基站节点在该时隙的传输功率
Figure BDA00017764315400001013
认知基站节点与每个认知用户节点之间在该时隙的下行信道系数
Figure BDA00017764315400001014
认知无线网络的能量转换效率ηi，通过公式(2)确定对应的认知用户节点在该时隙的数据传输功率限值Pi k。
步骤B，获取并根据认知基站节点的检测噪声功率
Figure BDA00017764315400001015
和认知基站节点检测到的主用户的平均信噪比γ，确定检测门限的限制值为
Figure BDA0001776431540000111
在一些示例中，为了使得在后续步骤中，在使得认知无线网络的吞吐量最大时，确定的检测门限在合理的范围，上述的认知基站节点可以首先设置检测门限的取值范围。
具体的，可以根据认知基站节点的检测噪声功率
Figure BDA0001776431540000112
和认知基站节点检测到的主用户的平均信噪比γ，确定检测门限的限制值为
Figure BDA0001776431540000113
通过设置该检测门限的限制值，可以使得在后续步骤中确定检测门限时，确定出的检测门限处于该限制值之间。
步骤C，获取并根据每个认知用户节点与主用户之间的上行信道系数
Figure BDA0001776431540000114
认知基站节点与主用户之间的信道系数
Figure BDA0001776431540000115
检测门限的初始值
Figure BDA0001776431540000116
感知时长的初始值
Figure BDA0001776431540000117
和数据传输时长的初始值
Figure BDA0001776431540000118
以公式(3)：
Figure BDA0001776431540000119
为限制条件，通过公式(1)计算认知无线网络在该时隙中的总吞吐量最大时的第一检测门限、每个认知用户节点的第一数据传输功率、认知基站节点的第一感知时长、每个认知用户节点的第一数据传输时长。
其中，
Figure BDA00017764315400001110
为认知无线网络对主用户的干扰门限，T为每个时隙的时长，
Figure BDA00017764315400001111
为第i个认知用户节点对主用户造成的干扰，
Figure BDA00017764315400001112
Figure BDA00017764315400001113
为认知基站节点对主用户造成的干扰，
Figure BDA00017764315400001114
T为每个时隙的时长。
在一些示例中，在以公式(3)为限制条件，通过公式(1)计算认知无线网络在该时隙中的总吞吐量最大时的第一检测门限、每个认知用户节点的第一数据传输功率、认知基站节点的第一感知时长、每个认知用户节点的第一数据传输时长时，可以采用如下方式，计算认知无线网络在该时隙中的总吞吐量最大时的第一检测门限、每个认知用户节点的第一数据传输功率、认知基站节点的第一感知时长、每个认知用户节点的第一数据传输时长：
步骤C1，获取并根据每个认知用户节点第l次迭代时，与主用户之间的上行信道系数
Figure BDA0001776431540000121
第l-1次迭代得到的检测门限
Figure BDA0001776431540000122
每个认知用户节点的数据传输时长
Figure BDA0001776431540000123
和认知基站节点的感知时长
Figure BDA0001776431540000124
计算每个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure BDA0001776431540000125
其中，当l＝1时，
Figure BDA0001776431540000126
在一些示例中，上述的认知基站节点可以采用迭代的方法，计算认知无线网络在该时隙中的总吞吐量最大时的第一检测门限、每个认知用户节点的第一数据传输功率、认知基站节点的第一感知时长、每个认知用户节点的第一数据传输时长，从而可以使得得到的第一检测门限、每个认知用户节点的第一数据传输功率、认知基站节点的第一感知时长、每个认知用户节点的第一数据传输时长是最优的结果。
具体的，上述的认知基站节点可以首先获取并根据每个认知用户节点第l次迭代时，与主用户之间的上行信道系数
Figure BDA0001776431540000127
第l-1次迭代得到的检测门限
Figure BDA0001776431540000128
每个认知用户节点的数据传输时长
Figure BDA0001776431540000129
和认知基站节点的感知时长
Figure BDA00017764315400001210
计算每个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure BDA00017764315400001211
在一些示例中，上述的认知基站节点，在根据每个认知用户节点第l次迭代时，与主用户之间的上行信道系数
Figure BDA00017764315400001212
第l-1次迭代得到的检测门限
Figure BDA00017764315400001213
每个认知用户节点的数据传输时长
Figure BDA00017764315400001214
和认知基站节点的感知时长
Figure BDA00017764315400001215
计算每个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure BDA00017764315400001216
时，可以在第l次迭代时，通过迭代的方式来计算第l次迭代时的传输功率
Figure BDA00017764315400001217
具体的，针对第i个认知用户节点的第l次迭代，上述的认知基站节点可以首先获取第i个认知用户节点在第l次迭代中的第r次迭代时的传输功率的迭代参数
Figure BDA00017764315400001218
并根据第r次迭代时的传输功率的迭代参数
Figure BDA00017764315400001219
第i个认知用户节点第l次迭代时，与主用户之间的上行信道系数
Figure BDA00017764315400001220
第l-1次迭代得到的检测门限
Figure BDA00017764315400001221
第i个认知用户节点的数据传输时长
Figure BDA00017764315400001222
和认知基站节点的感知时长
Figure BDA00017764315400001223
通过公式(9)：
Figure BDA00017764315400001227
计算第i个认知用户节点在第l次迭代中的第r次迭代时的迭代传输功率
Figure BDA00017764315400001225
在一些示例中，当r＝1时，可以说明该认知基站节点是在第l次迭代时，第一次计算得到该第l次迭代时的
Figure BDA00017764315400001226
此时，
Figure BDA0001776431540000131
Figure BDA0001776431540000132
β为自干扰系数。
判断
Figure BDA0001776431540000133
是否大于0，且小于Pi k。
当
Figure BDA0001776431540000134
小于或等于0时，将0作为第i个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure BDA0001776431540000135
当
Figure BDA0001776431540000136
大于或等于Pi k时，将Pi k作为第i个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure BDA0001776431540000137
在一些示例中，当上述的认知基站节点在计算得到第i个认知用户节点在第l次迭代中的第r次迭代时的迭代传输功率
Figure BDA0001776431540000138
后，可以根据公式(3)中的限制条件判断该迭代传输功率是否满足要求。
具体的，可以判断
Figure BDA0001776431540000139
是否大于0，且小于Pi k。
当
Figure BDA00017764315400001310
小于或等于0时，则说明该第r次迭代得到的迭代传输功率不满足要求，但是为了使得后续步骤能够进行，也即，为了能够通过后续迭代，得到满足公式(3)的条件的传输功率，在本发明实施例中，可以在
Figure BDA00017764315400001311
小于或等于0时，将0作为第i个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure BDA00017764315400001312
在
Figure BDA00017764315400001313
大于或等于Pi k时，将Pi k作为第i个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure BDA00017764315400001314
当
Figure BDA00017764315400001315
大于0，且小于Pi k时，判断
Figure BDA00017764315400001316
和
Figure BDA00017764315400001317
的相对误差，是否小于或等于预设第二收敛阈值θ。
当上述的认知基站节点在判断
Figure BDA00017764315400001318
大于0，且小于Pi k时，则说明该迭代传输功率满足要求，为了判断该迭代传输功率是否为第l次迭代时的最佳传输功率，可以判断第r次迭代时的传输功率的迭代参数
Figure BDA00017764315400001319
和第r-1次迭代时的传输功率的迭代参数
Figure BDA00017764315400001320
的相对误差，是否小于或等于预设第二收敛阈值θ。
在一些示例汇总，该
Figure BDA0001776431540000141
和
Figure BDA0001776431540000142
的相对误差，可以为：
Figure BDA0001776431540000143
在一些示例中，该预设第二收敛阈值可以是根据经验预先设置的。
如果是，则说明该第r次迭代时的迭代传输功率满足输出要求，上述的认知基站节点，可以将第i个认知用户节点在第l次迭代中的第r次迭代时的迭代传输功率
Figure BDA0001776431540000144
作为第i个认知用户节点在第l次迭代时的传输功率
Figure BDA0001776431540000145
否则，则说明该第r次迭代时的迭代传输功率不满足输出要求，上述的认知基站节点，可以基于公式(10)：
Figure BDA0001776431540000146
计算第r+1次迭代时的传输功率的迭代参数
Figure BDA0001776431540000147
并将
Figure BDA0001776431540000148
作为
Figure BDA0001776431540000149
执行根据第r次迭代时的传输功率的迭代参数
Figure BDA00017764315400001410
第i个认知用户节点第l次迭代时，与主用户之间的上行信道系数
Figure BDA00017764315400001411
第l-1次迭代得到的检测门限
Figure BDA00017764315400001412
第i个认知用户节点的数据传输时长
Figure BDA00017764315400001413
和认知基站节点的感知时长
Figure BDA00017764315400001414
通过公式(9)计算第i个认知用户节点在第l次迭代中的第r次迭代时的迭代传输功率
Figure BDA00017764315400001415
的步骤。
也即，基于公式(10)和公式(9)计算第每个认知用户节点在第l次迭代中的第r+1次迭代时的迭代传输功率
Figure BDA00017764315400001416
通过对传输功率进行迭代计算，可以使得在第l次迭代时的传输功率，是最优的传输功率，进而可以提高通过后续步骤计算第一检测门限、每个认知用户节点的第一数据传输功率、认知基站节点的第一感知时长、每个认知用户节点的第一数据传输时长的速度，降低计算过程中的时间开销。
步骤C2，根据每个认知用户节点第l-1次迭代时的数据传输时长
Figure BDA00017764315400001417
和第l-1次迭代得到的检测门限
Figure BDA00017764315400001418
通过公式(7)：
Figure BDA0001776431540000151
计算认知基站节点第l次迭代时的感知时长
Figure BDA0001776431540000152
Figure BDA0001776431540000153
具体的，上述的认知基站节点在计算认知基站节点第l次迭代时的感知时长
Figure BDA0001776431540000154
时，可以根据每个认知用户节点第l-1次迭代时的数据传输时长
Figure BDA0001776431540000155
和第l-1次迭代得到的检测门限
Figure BDA0001776431540000156
进行计算，也即，以第l-1次迭代时的数据传输时长
Figure BDA0001776431540000157
和第l-1次迭代得到的检测门限
Figure BDA0001776431540000158
为依据进行计算，从而可以使得计算得到的第l次迭代时的感知时长更真实可靠。
步骤C3，根据每个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure BDA0001776431540000159
认知基站节点第l次迭代的感知时长
Figure BDA00017764315400001510
第l-1次迭代得到的检测门限
Figure BDA00017764315400001511
基于公式(1)，采用单纯形算法计算每个认知用户节点的第l次迭代时的数据传输时长
Figure BDA00017764315400001512
具体的，上述的认知基站节点在计算得到每个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure BDA00017764315400001513
认知基站节点第l次迭代的感知时长
Figure BDA00017764315400001514
后，可以获取第l-1次迭代得到的检测门限
Figure BDA00017764315400001515
然后以该每个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure BDA00017764315400001516
认知基站节点第l次迭代的感知时长
Figure BDA00017764315400001517
第l-1次迭代得到的检测门限
Figure BDA00017764315400001518
为限制条件，基于公式(1)，采用单纯形算法计算每个认知用户节点的第l次迭代时的数据传输时长
Figure BDA00017764315400001519
应当理解的是，该单纯形法为现有技术，这里不再对单纯形法进行赘述。
步骤C4，根据每个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure BDA00017764315400001520
认知基站节点第l次迭代的感知时长
Figure BDA00017764315400001521
和每个认知用户节点的第l次迭代时的数据传输时长
Figure BDA00017764315400001522
通过公式(8)：
Figure BDA0001776431540000161
计算认知无线网络第l次迭代时的检测门限
Figure BDA0001776431540000162
其中，
Figure BDA0001776431540000163
具体的，上述的认知基站节点在每个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure BDA0001776431540000164
认知基站节点第l次迭代的感知时长
Figure BDA0001776431540000165
和每个认知用户节点的第l次迭代时的数据传输时长
Figure BDA0001776431540000166
后，为了计算认知无线网络第l次迭代时的总吞吐量，还可以计算认知无线网络第l次迭代时的检测门限
Figure BDA0001776431540000167
具体的，上述的认知基站节点可以根据每个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure BDA0001776431540000168
认知基站节点第l次迭代的感知时长
Figure BDA0001776431540000169
和每个认知用户节点的第l次迭代时的数据传输时长
Figure BDA00017764315400001610
通过公式(8)计算认知无线网络第l次迭代时的检测门限
Figure BDA00017764315400001611
步骤C5，根据每个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure BDA00017764315400001612
认知基站节点第l次迭代时的感知时长
Figure BDA00017764315400001613
每个认知用户节点的第l次迭代时的数据传输时长
Figure BDA00017764315400001614
和认知无线网络第l次迭代时的检测门限
Figure BDA00017764315400001615
采用公式(1)计算认知无线网络第l次迭代时的总吞吐量
Figure BDA00017764315400001616
通过采用每个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure BDA00017764315400001617
认知基站节点第l次迭代时的感知时长
Figure BDA00017764315400001618
每个认知用户节点的第l次迭代时的数据传输时长
Figure BDA00017764315400001619
和认知无线网络第l次迭代时的检测门限
Figure BDA00017764315400001620
计算认知无线网络第l次迭代时的总吞吐量
Figure BDA00017764315400001621
可以充分考虑影响最大吞吐量的多个因素，从而可以使得计算得到的总吞吐量为整体最大吞吐量，提高认知无线网络的吞吐量。
步骤C6，判断认知无线网络第l次迭代时的总吞吐量
Figure BDA00017764315400001622
与第l-1次迭代时的总吞吐量
Figure BDA00017764315400001623
的相对误差，是否小于或等于预设第一收敛阈值。
为了确定第l次迭代时的总吞吐量
Figure BDA0001776431540000171
是否为最大的总吞吐量，上述的认知基站节点，可以对认知无线网络第l次迭代时的总吞吐量
Figure BDA0001776431540000172
和第l-1次迭代时的总吞吐量
Figure BDA0001776431540000173
进行判断。
具体的，上述的认知基站节点，可以判断认知无线网络第l次迭代时的总吞吐量
Figure BDA0001776431540000174
与第l-1次迭代时的总吞吐量
Figure BDA0001776431540000175
的相对误差，是否小于预设第一收敛阈值。
在一些示例中，该第一收敛阈值可以是根据经验预先设置的阈值，该第l次迭代时的总吞吐量
Figure BDA0001776431540000176
与第l-1次迭代时的总吞吐量
Figure BDA0001776431540000177
的相对误差，可以表示为：
Figure BDA0001776431540000178
若是，则执行步骤C7，否则，执行C8；
步骤C7，将每个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure BDA0001776431540000179
确定对应认知用户节点的第一数据传输功率，将认知基站节点第l次迭代时的感知时长
Figure BDA00017764315400001710
确定为认知基站节点的第一感知时长，将每个认知用户节点的第l次迭代时的数据传输时长
Figure BDA00017764315400001711
确定为对应认知用户节点的第一数据传输时长，将认知无线网络第l次迭代时的检测门限
Figure BDA00017764315400001712
确定为认知无线网络的第一检测门限。
具体的，当认知无线网络第l次迭代时的总吞吐量
Figure BDA00017764315400001713
与第l-1次迭代时的总吞吐量
Figure BDA00017764315400001714
的相对误差，小于或等于预设第一收敛阈值。则说明该第l次迭代时的总吞吐量
Figure BDA00017764315400001715
为整体最大吞吐量。对应的，每个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure BDA00017764315400001716
认知基站节点第l次迭代时的感知时长
Figure BDA00017764315400001717
每个认知用户节点的第l次迭代时的数据传输时长
Figure BDA00017764315400001718
以及认知无线网络第l次迭代时的检测门限
Figure BDA00017764315400001719
则为影响最大吞吐量的最优因素值。
步骤C8，将认知基站节点第l次迭代时的感知时长
Figure BDA00017764315400001720
作为认知基站节点第l-1次迭代时的感知时长
Figure BDA00017764315400001721
将每个认知用户节点的第l次迭代时的数据传输时长
Figure BDA00017764315400001722
作为每个认知用户节点第l-1次迭代时的数据传输时长
Figure BDA00017764315400001723
将认知无线网络第l次迭代时的检测门限
Figure BDA00017764315400001724
作为认知无线网络第l-1次迭代时的检测门限
Figure BDA00017764315400001725
并执行步骤C1。
当认知无线网络第l次迭代时的总吞吐量
Figure BDA00017764315400001726
与第l-1次迭代时的总吞吐量
Figure BDA00017764315400001727
的相对误差，大于预设第一收敛阈值时，则说明该第l次迭代时的总吞吐量
Figure BDA0001776431540000181
不是整体最大吞吐量。则可以通过执行步骤C8，以实现下一次迭代。以确定认知无线网络最大的吞吐量，以及对应的第一检测门限、每个认知用户节点的第一数据传输功率、认知基站节点的第一感知时长、每个认知用户节点的第一数据传输时长。
S240，按照第一感知时长和第一检测门限对频谱进行检测。
在一些示例中，本发明实施例的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法，可以应用于单个时隙，也可以应用于多个时隙，当应用于多个时隙时，在每个时隙中，可以按照上述的认知基站节点在该时隙中得到的第一感知时长和第一检测门限对频谱进行检测。
S250，在检测频谱空闲时，将每个认知用户节点的第一数据传输功率和第一数据传输时长发送至对应的认知用户节点，以使得每个认知用户节点按照对应的第一数据传输功率和第一数据传输时长使用该频谱传输数据。
在一些示例中，本发明实施例的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法，可以应用于单个时隙，也可以应用于多个时隙，当应用于多个时隙时，在每个时隙中，可以上述的认知基站节点在该时隙中，将计算得到的每个认知用户节点的第一数据传输功率和第一数据传输时长发送至对应的认知用户节点，以使得每个认知用户节点按照对应的第一数据传输功率和第一数据传输时长使用该频谱传输数据。
在一些示例中，上述的认知基站节点，可以在每个时隙中的第一感知时长结束时，将计算得到的每个认知用户节点的第一数据传输功率和第一数据传输时长发送至对应的认知用户节点，以使得每个认知用户节点按照对应的第一数据传输功率和第一数据传输时长使用该频谱传输数据。
在一些示例中，上述的认知基站节点在向每个认知用户节点发送至对应的第一数据传输功率和第一数据传输时长后，该多个认知用户节点可以以任意的顺序向认知基站节点传输数据。
在本发明实施例的一个方面，本发明实施例还可以设置该多个认知用户节点向认知基站节点传输数据的顺序。
具体的，在将每个认知用户节点的第一数据传输功率和第一数据传输时长发送至对应的认知用户节点之前，本发明实施例的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法，还可以包括：
获取并根据每个认知用户节点在该时隙的第一数据传输功率
Figure BDA0001776431540000182
和每个认知用户节点与认知基站节点之间的下行信道系数
Figure BDA0001776431540000183
确定多个认知用户节点传输数据的顺序。
在一些示例中，可以根据每个认知用户节点在该时隙中，与认知基站节点之间的下行信道系数
Figure BDA0001776431540000184
的模的平方，与第一数据传输功率
Figure BDA0001776431540000185
的乘积，确定多个认知用户节点传输数据的顺序。
在一些示例中，在确定多个认知用户节点的传输数据的顺序时，可以按照该乘积的降序确定该多个认知用户节点传输数据的顺序，也可以按照该乘积的升序确定该多个认知用户节点传输数据的顺序。
相应的，上述的认知基站节点在确定该多个认知用户节点传输数据的顺序后，在向每个认知用户节点发送对应的第一数据传输功率和第一数据传输时长时，还可以将传输数据的顺序发送至多个认知用户节点，以使得每个认知用户节点按照传输数据的顺序、对应的第一数据传输功率和第一数据传输时长使用频谱传输数据。
通过确定多个认知用户节点传输数据的顺序，可以使得该多个认知用户节点按照该传输数据的顺序，以对应的第一数据传输功率和第一数据传输时长使用该频谱传输数据。进一步的，通过按照乘积的降序进行排序，可以使得发送功率较大的认知用户节点获取较多的能量后再进行数据传输，从而保证每个认知用户节点接收的能量大于传输数据时的能量，避免认知用户节点因能量不足而导致数据传输中断。间接提高了认知无线网络的总吞吐量。
为了更清楚的说明本发明实施例的认知基站节点按照第一感知时长和第一检测门限对频谱进行检测，每个认知用户节点按照对应的第一数据传输功率和第一数据传输时长使用该频谱传输数据。下面，结合图3进行说明。
在图3中，T为一个时隙的时长，认知基站节点采用全双工工作方式，在整个时隙内可以向各个认知用户节点广播能量，并且，在τ0时间内采用第一检测门限进行频谱感知，在感知到频谱处于空闲状态时，可以在τ0时间结束后，将每个认知用户节点的第一数据传输功率和第一数据传输时长发送至对应的认知用户节点。各个认知用户节点在接收到该认知用户节点对应的第一数据传输功率和第一数据传输时长后，可以以对应的第一数据传输功率，在第一数据传输时长内，通过该频谱向认知基站节点传输数据。
假设，确定的多个认知用户节点传输数据的顺序为：认知用户节点1、认知用户节点2、…、认知用户节点N，如图3所示，则认知用户节点1可以在τ1时长内，向认知基站节点传输数据，在除τ1时长外的其他时间，接收认知基站节点广播的能量；同样，认知用户节点2可以在τ2时长内，向认知基站节点传输数据，在除τ2时长外的其他时间，接收认知基站节点广播的能量；认知用户节点N可以在τN时长内，向认知基站节点传输数据，在除τN时长外的其他时间，接收认知基站节点广播的能量。
本发明实施例提供的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法，在获取到认知无线网络的相关参数、主用户对频谱的占用概率、主用户与认知无线网络之间的信道系数、检测门限的初始值、感知时长的初始值、数据传输时长的初始值以及每个认知用户节点的初始能量值后，可以在每个认知用户节点传输功率受限和对主用户的干扰受限以及检测门限范围受限的条件下，根据认知无线网络的相关参数、主用户对频谱的占用概率以及主用户与认知无线网络之间的信道系数，采用所确定的检测门限、认知基站节点的感知时长、每个认知用户节点的数据传输时长、每个认知用户节点的数据传输功率与认知无线网络的总吞吐量的关系，计算认知无线网络的总吞吐量最大时的第一检测门限、每个认知用户节点的第一数据传输功率、认知基站节点的第一感知时长、每个认知用户节点的第一数据传输时长。从而可以实现对影响认知无线网络的多个因素进行优化，以使得通过该多个因素计算的总吞吐量为最大吞吐量，从而可以提高认知无线网络的吞吐量。进一步的，可以按照第一感知时长和第一检测门限对频谱进行检测；在检测频谱空闲时，将每个认知用户节点的第一数据传输功率和第一数据传输时长发送至对应的认知用户节点，以使得每个认知用户节点按照对应的第一数据传输功率和第一数据传输时长使用频谱传输数据。
相应于上述的方法实施例，本发明实施例还提供了一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的装置，如图4所示，为本发明实施例的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的装置的结构示意图，该装置可以应用于能量频谱双维认知无线网络中的认知基站节点，该能量频谱双维认知无线网络为：由感知并采集认知无线网络中的能量的认知用户节点，和感知空闲授权频段的认知基站节点，构成的认知无线网络；该装置可以包括：
参数获取模块401，用于获取认知无线网络的相关参数、主用户对频谱的占用概率以及主用户与认知无线网络之间的信道系数，其中，认知无线网络中的相关参数包括：认知基站节点与多个认知用户节点中的每个认知用户节点之间的上行信道系数和下行信道系数、认知基站节点检测到的主用户的平均信噪比、认知无线网络的能量转换效率和认知基站节点的检测噪声功率、每个认知用户节点的检测噪声功率、认知基站节点的传输功率、认知基站节点的采样频率；
关系确定模块402，用于根据认知无线网络的相关参数和主用户对频谱的占用概率，确定检测门限、认知基站节点的感知时长、每个认知用户节点的数据传输时长、每个认知用户节点的数据传输功率与认知无线网络的总吞吐量的关系；
计算模块403，用于获取检测门限的初始值、感知时长的初始值、数据传输时长的初始值以及每个认知用户节点的初始能量值，并在每个认知用户节点传输功率受限和对主用户的干扰受限以及检测门限范围受限的条件下，根据认知无线网络的相关参数、主用户对频谱的占用概率以及主用户与认知无线网络之间的信道系数，采用所确定的检测门限、认知基站节点的感知时长、每个认知用户节点的数据传输时长、每个认知用户节点的数据传输功率与认知无线网络的总吞吐量的关系，计算认知无线网络的总吞吐量最大时的第一检测门限、每个认知用户节点的第一数据传输功率、认知基站节点的第一感知时长、每个认知用户节点的第一数据传输时长；
检测模块404，用于按照第一感知时长和第一检测门限对频谱进行检测；
发送模块405，用于在检测频谱空闲时，将每个认知用户节点的第一数据传输功率和第一数据传输时长发送至对应的认知用户节点，以使得每个认知用户节点按照对应的第一数据传输功率和第一数据传输时长使用频谱传输数据。
本发明实施例提供的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的装置，在获取到认知无线网络的相关参数、主用户对频谱的占用概率、主用户与认知无线网络之间的信道系数、检测门限的初始值、感知时长的初始值、数据传输时长的初始值以及每个认知用户节点的初始能量值后，可以在每个认知用户节点传输功率受限和对主用户的干扰受限以及检测门限范围受限的条件下，根据认知无线网络的相关参数、主用户对频谱的占用概率以及主用户与认知无线网络之间的信道系数，采用所确定的检测门限、认知基站节点的感知时长、每个认知用户节点的数据传输时长、每个认知用户节点的数据传输功率与认知无线网络的总吞吐量的关系，计算认知无线网络的总吞吐量最大时的第一检测门限、每个认知用户节点的第一数据传输功率、认知基站节点的第一感知时长、每个认知用户节点的第一数据传输时长。从而可以实现对影响认知无线网络的多个因素进行优化，以使得通过该多个因素计算的总吞吐量为最大吞吐量，从而可以提高认知无线网络的吞吐量。进一步的，可以按照第一感知时长和第一检测门限对频谱进行检测；在检测频谱空闲时，将每个认知用户节点的第一数据传输功率和第一数据传输时长发送至对应的认知用户节点，以使得每个认知用户节点按照对应的第一数据传输功率和第一数据传输时长使用频谱传输数据。
具体的，关系确定模块402，具体用于：
根据认知基站节点与每个认知用户节点之间的上行信道系数
Figure BDA0001776431540000211
认知基站节点的采样频率fs、认知基站节点的检测噪声功率
Figure BDA0001776431540000212
每个认知用户节点的检测噪声功率
Figure BDA0001776431540000213
认知基站节点的传输功率
Figure BDA0001776431540000214
以及主用户对频谱的占用概率qk，通过公式(1)：
Figure BDA0001776431540000215
确定检测门限εk、认知基站节点的感知时长
Figure BDA0001776431540000216
每个认知用户节点的数据传输时长
Figure BDA0001776431540000217
每个认知用户节点的数据传输功率
Figure BDA0001776431540000218
与认知无线网络的总吞吐量
Figure BDA0001776431540000219
的关系，其中，β为认知无线网络的自干扰系数，k为时隙数，1≤k≤K，K为总时隙数，i表示多个认知用户节点中的第i个认知用户节点。
具体的，主用户与认知无线网络之间的信道系数，包括：每个认知用户节点与主用户之间的上行信道系数、认知基站节点与主用户之间的信道系数；
计算模块403，包括：
数据传输功率限值确定子模块，用于在第k个时隙，获取并根据每个认知用户节点在该时隙的初始能量值
Figure BDA0001776431540000221
认知基站节点在该时隙的传输功率
Figure BDA0001776431540000222
认知基站节点与每个认知用户节点之间在该时隙的下行信道系数
Figure BDA0001776431540000223
认知无线网络的能量转换效率ηi，通过公式(2)：
Figure BDA0001776431540000224
确定对应的认知用户节点在该时隙的数据传输功率限值Pi k；
检测门限的限制值确定子模块，用于获取并根据认知基站节点的检测噪声功率
Figure BDA0001776431540000225
和认知基站节点检测到的主用户的平均信噪比γ，确定检测门限的限制值为
Figure BDA0001776431540000226
计算子模块，用于获取并根据每个认知用户节点与主用户之间的上行信道系数
Figure BDA0001776431540000227
认知基站节点与主用户之间的信道系数
Figure BDA0001776431540000228
检测门限的初始值
Figure BDA0001776431540000229
感知时长的初始值
Figure BDA00017764315400002210
和数据传输时长的初始值
Figure BDA00017764315400002211
以公式(3)：
Figure BDA00017764315400002212
为限制条件，通过公式(1)计算认知无线网络在该时隙中的总吞吐量最大时的第一检测门限、每个认知用户节点的第一数据传输功率、认知基站节点的第一感知时长、每个认知用户节点的第一数据传输时长，其中，
Figure BDA00017764315400002213
为认知无线网络对主用户的干扰门限，T为每个时隙的时长，
Figure BDA00017764315400002214
为第i个认知用户节点对主用户造成的干扰，
Figure BDA00017764315400002215
Figure BDA00017764315400002216
为认知基站节点对主用户造成的干扰，
Figure BDA00017764315400002217
T为每个时隙的时长；
相应的，检测模块404，具体用于：
在该时隙，按照第一感知时长和第一检测门限对频谱进行检测，
发送模块405，具体用于在该时隙，在检测频谱空闲时，将频谱、每个认知用户节点的第一数据传输功率和第一数据传输时长发送至对应的认知用户节点，以使得每个认知用户节点按照对应的第一数据传输功率和第一数据传输时长使用频谱传输数据。
具体的，主用户与认知无线网络之间的信道系数，还包括：每个认知用户节点与主用户之间的下行信道系数
Figure BDA0001776431540000231
具体的，数据传输功率限值确定子模块，具体用于：
在k＝1时，将每个认知用户节点在该时隙的初始能量值确定为0；
当k＞1时，针对每个时隙，获取并根据每个认知用户节点在该时隙的上一时隙中的初始能量值
Figure BDA0001776431540000232
主用户在该时隙的上一时隙中对频谱的占用概率qk-1、每个认知用户节点在该时隙的上一时隙中，与主用户之间的下行信道系
Figure BDA0001776431540000233
认知基站节点在该时隙的上一时隙中的检测门限εk-1、认知基站节点在该时隙的上一时隙中的感知时长
Figure BDA0001776431540000234
主用户在该时隙的上一时隙中的发送功率
Figure BDA0001776431540000235
认知基站节点在该时隙的上一时隙中的传输功率
Figure BDA0001776431540000236
认知基站节点在该时隙的上一时隙中，与每个认知用户节点之间在该时隙的下行信道系数
Figure BDA0001776431540000237
每个认知用户节点在该时隙的上一时隙中的数据传输时长
Figure BDA0001776431540000238
以及每个认知用户节点在该时隙的上一时隙中的传输功率
Figure BDA0001776431540000239
通过公式(4)：
Figure BDA00017764315400002310
计算每个认知用户节点在该时隙的初始能量值
Figure BDA00017764315400002311
具体的，计算子模块，包括：
传输功率计算单元，用于获取并根据每个认知用户节点第l次迭代时，与主用户之间的上行信道系数
Figure BDA00017764315400002312
第l-1次迭代得到的检测门限
Figure BDA00017764315400002313
每个认知用户节点的数据传输时长
Figure BDA0001776431540000241
和认知基站节点的感知时长
Figure BDA0001776431540000242
计算每个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure BDA0001776431540000243
其中，当l＝1时，
Figure BDA0001776431540000244
Figure BDA0001776431540000245
感知时长计算单元，用于根据每个认知用户节点第l-1次迭代时的数据传输时长
Figure BDA0001776431540000246
和第l-1次迭代得到的检测门限
Figure BDA0001776431540000247
通过公式(7)：
Figure BDA0001776431540000248
计算认知基站节点第l次迭代时的感知时长
Figure BDA0001776431540000249
其中，
Figure BDA00017764315400002410
数据传输时长计算单元，用于根据每个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure BDA00017764315400002411
认知基站节点第l次迭代的感知时长
Figure BDA00017764315400002412
第l-1次迭代得到的检测门限
Figure BDA00017764315400002413
基于公式(1)，采用单纯形算法计算每个认知用户节点的第l次迭代时的数据传输时长
Figure BDA00017764315400002414
检测门限计算单元，用于根据每个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure BDA00017764315400002415
认知基站节点第l次迭代的感知时长
Figure BDA00017764315400002416
和每个认知用户节点的第l次迭代时的数据传输时长
Figure BDA00017764315400002417
通过公式(8)：
Figure BDA00017764315400002418
计算认知无线网络第l次迭代时的检测门限
Figure BDA00017764315400002419
其中，
Figure BDA0001776431540000251
吞吐量计算单元，用于根据每个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure BDA0001776431540000252
认知基站节点第l次迭代时的感知时长
Figure BDA0001776431540000253
每个认知用户节点的第l次迭代时的数据传输时长
Figure BDA0001776431540000254
和认知无线网络第l次迭代时的检测门限
Figure BDA0001776431540000255
采用公式(1)计算认知无线网络第l次迭代时的总吞吐量
Figure BDA0001776431540000256
判断单元，用于判断认知无线网络第l次迭代时的总吞吐量
Figure BDA0001776431540000257
与第l-1次迭代时的总吞吐量
Figure BDA0001776431540000258
的相对误差，是否小于或等于预设第一收敛阈值；
触发单元，用于在认知无线网络第l次迭代时的总吞吐量
Figure BDA0001776431540000259
与第l-1次迭代时的总吞吐量
Figure BDA00017764315400002510
的相对误差，小于或等于预设第一收敛阈值时，触发确定单元，在认知无线网络第l次迭代时的总吞吐量
Figure BDA00017764315400002511
与第l-1次迭代时的总吞吐量
Figure BDA00017764315400002512
的相对误差，大于预设第一收敛阈值时，触发重复执行单元，
确定单元，将每个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure BDA00017764315400002513
确定对应认知用户节点的第一数据传输功率，将认知基站节点第l次迭代时的感知时长
Figure BDA00017764315400002514
确定为认知基站节点的第一感知时长，将每个认知用户节点的第l次迭代时的数据传输时长
Figure BDA00017764315400002515
确定为对应认知用户节点的第一数据传输时长，将认知无线网络第l次迭代时的检测门限
Figure BDA00017764315400002516
确定为认知无线网络的第一检测门限；
重复执行单元，将认知基站节点第l次迭代时的感知时长
Figure BDA00017764315400002517
作为认知基站节点第l-1次迭代时的感知时长
Figure BDA00017764315400002518
将每个认知用户节点的第l次迭代时的数据传输时长
Figure BDA00017764315400002519
作为每个认知用户节点第l-1次迭代时的数据传输时长
Figure BDA00017764315400002520
将认知无线网络第l次迭代时的检测门限
Figure BDA00017764315400002521
作为认知无线网络第l-1次迭代时的检测门限
Figure BDA00017764315400002522
并触发传输功率计算单元。
具体的，传输功率计算单元，具体用于：
获取第i个认知用户节点在第l次迭代中的第r次迭代时的传输功率的迭代参数
Figure BDA00017764315400002523
并根据第r次迭代时的传输功率的迭代参数
Figure BDA00017764315400002524
第i个认知用户节点第l次迭代时，与主用户之间的上行信道系数
Figure BDA00017764315400002525
第l-1次迭代得到的检测门限
Figure BDA00017764315400002526
第i个认知用户节点的数据传输时长
Figure BDA00017764315400002527
和认知基站节点的感知时长
Figure BDA00017764315400002528
通过公式(9)：
Figure BDA0001776431540000261
计算第i个认知用户节点在第l次迭代中的第r次迭代时的迭代传输功率
Figure BDA0001776431540000262
当r＝1时，
Figure BDA0001776431540000263
Figure BDA0001776431540000264
β为自干扰系数；
判断
Figure BDA0001776431540000265
是否大于0，且小于Pi k；
当
Figure BDA0001776431540000266
小于或等于0时，将0作为第i个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure BDA0001776431540000267
当
Figure BDA0001776431540000268
大于或等于Pi k时，将Pi k作为第i个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure BDA0001776431540000269
当
Figure BDA00017764315400002610
大于0，且小于Pi k时，判断第r次迭代时的传输功率的迭代参数
Figure BDA00017764315400002611
和第r-1次迭代时的传输功率的迭代参数
Figure BDA00017764315400002612
的相对误差，是否小于或等于预设第二收敛阈值θ；
如果是，则将第i个认知用户节点在第l次迭代中的第r次迭代时的迭代传输功率
Figure BDA00017764315400002613
作为第i个认知用户节点在第l次迭代时的传输功率
Figure BDA00017764315400002614
否则，基于公式(10)：
Figure BDA00017764315400002615
计算第r+1次迭代时的传输功率的迭代参数
Figure BDA00017764315400002616
并将第r+1次迭代时的传输功率的迭代参数
Figure BDA00017764315400002617
作为第r次迭代时的传输功率的迭代参数
Figure BDA00017764315400002618
执行根据第r次迭代时的传输功率的迭代参数
Figure BDA0001776431540000271
第i个认知用户节点第l次迭代时，与主用户之间的上行信道系数
Figure BDA0001776431540000272
第l-1次迭代得到的检测门限
Figure BDA0001776431540000273
第i个认知用户节点的数据传输时长
Figure BDA0001776431540000274
和认知基站节点的感知时长
Figure BDA0001776431540000275
通过公式(9)计算第i个认知用户节点在第l次迭代中的第r次迭代时的迭代传输功率
Figure BDA0001776431540000276
的步骤。
具体的，本发明实施例的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的装置中的计算模块403，还可以包括：
排序子模块，用于获取并根据每个认知用户节点在该时隙的上一时隙的第一数据传输功率
Figure BDA0001776431540000277
和每个认知用户节点与认知基站节点之间的下行信道系数
Figure BDA0001776431540000278
对每个认知用户节点进行排序，得到排序后的多个认知用户节点；
相应的，数据传输功率限值确定子模块，还用于：
获取并根据排序后的多个认知用户节点中每个认知用户节点在该时隙的初始能量值
Figure BDA0001776431540000279
认知基站节点在该时隙的传输功率
Figure BDA00017764315400002710
认知基站节点与每个认知用户节点之间在该时隙的下行信道系数
Figure BDA00017764315400002711
认知无线网络的能量转换效率ηi，通过公式(2)确定对应的认知用户节点在该时隙的数据传输功率限值Pi k。
具体的，本发明实施例的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的装置，还可以包括：
数据传输顺序确定模块，用于获取并根据每个认知用户节点在该时隙的第一数据传输功率
Figure BDA00017764315400002712
和每个认知用户节点与认知基站节点之间的下行信道系数
Figure BDA00017764315400002713
确定多个认知用户节点传输数据的顺序；
相应的，发送模块405，还用于：将传输数据的顺序发送至多个认知用户节点；将每个认知用户节点的第一数据传输功率和第一数据传输时长发送至对应的认知用户节点，以使得每个认知用户节点按照传输数据的顺序、对应的第一数据传输功率和第一数据传输时长使用该频谱传输数据。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图5所示，包括处理器501、通信接口502、存储器503和通信总线504，其中，处理器501，通信接口502，存储器503通过通信总线504完成相互间的通信，
存储器503，用于存放计算机程序；
处理器501，用于执行存储器503上所存放的程序时，实现上述任一实施例所述的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法的步骤。
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，计算机可读存储介质内存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一所述的一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法的步骤。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法，其特征在于，应用于能量频谱双维认知无线网络，所述能量频谱双维认知无线网络为：由感知并采集认知无线网络中的能量的多个认知用户节点，和感知空闲授权频段的认知基站节点，构成的认知无线网络；所述方法包括：
获取所述认知无线网络的相关参数、主用户对频谱的占用概率以及所述主用户与所述认知无线网络之间的信道系数，其中，所述认知无线网络中的相关参数包括：所述认知基站节点与所述多个认知用户节点中的每个认知用户节点之间的上行信道系数和下行信道系数、所述认知基站节点检测到所述主用户的信号的平均信噪比、所述认知无线网络的能量转换效率和所述认知基站节点的检测噪声功率、所述每个认知用户节点的检测噪声功率、所述认知基站节点的传输功率、所述认知基站节点的采样频率；
根据所述认知无线网络的相关参数和主用户对频谱的占用概率，确定检测门限、所述认知基站节点的感知时长、所述每个认知用户节点的数据传输时长、所述每个认知用户节点的数据传输功率与所述认知无线网络的总吞吐量的关系；
获取所述检测门限的初始值、所述感知时长的初始值、所述数据传输时长的初始值以及所述每个认知用户节点的初始能量值，并在所述每个认知用户节点传输功率受限和对所述主用户的干扰受限以及检测门限范围受限的条件下，根据所述认知无线网络的相关参数、所述主用户对频谱的占用概率以及所述主用户与所述认知无线网络之间的信道系数，采用所确定的检测门限、所述认知基站节点的感知时长、所述每个认知用户节点的数据传输时长、所述每个认知用户节点的数据传输功率与所述认知无线网络的总吞吐量的关系，计算所述认知无线网络的总吞吐量最大时的第一检测门限、所述每个认知用户节点的第一数据传输功率、所述认知基站节点的第一感知时长、所述每个认知用户节点的第一数据传输时长；
按照所述第一感知时长和所述第一检测门限对所述频谱进行检测；
在检测所述频谱空闲时，将所述每个认知用户节点的所述第一数据传输功率和所述第一数据传输时长发送至对应的认知用户节点，以使得每个认知用户节点按照对应的第一数据传输功率和第一数据传输时长使用所述频谱传输数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述认知无线网络的相关参数和主用户对频谱的占用概率，确定检测门限、所述认知基站节点的感知时长、所述每个认知用户节点的数据传输时长、所述每个认知用户节点的数据传输功率与所述认知无线网络的总吞吐量的关系，包括：
根据所述认知基站节点与每个认知用户节点之间的上行信道系数
Figure FDA0002564668020000021
所述认知基站节点的采样频率fs、所述认知基站节点的检测噪声功率
Figure FDA0002564668020000022
所述每个认知用户节点的检测噪声功率
Figure FDA0002564668020000023
所述认知基站节点的传输功率
Figure FDA0002564668020000024
以及主用户对频谱的占用概率qk，通过公式(1)：
Figure FDA0002564668020000025
确定检测门限εk、所述认知基站节点的感知时长
Figure FDA0002564668020000026
所述每个认知用户节点的数据传输时长
Figure FDA0002564668020000027
所述每个认知用户节点的数据传输功率
Figure FDA0002564668020000028
与所述认知无线网络的总吞吐量
Figure FDA0002564668020000029
的关系，其中，所述β为所述认知无线网络的自干扰系数，所述k为时隙数，所述1≤k≤K，所述K为总时隙数，所述i表示所述多个认知用户节点中的第i个认知用户节点。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述主用户与所述认知无线网络之间的信道系数，包括：所述每个认知用户节点与所述主用户之间的上行信道系数、所述认知基站节点与所述主用户之间的信道系数；
所述获取所述检测门限的初始值、所述感知时长的初始值、所述数据传输时长的初始值以及所述每个认知用户节点的初始能量值，并在所述每个认知用户节点传输功率受限和对所述主用户的干扰受限以及检测门限范围受限的条件下，根据所述认知无线网络的相关参数、所述主用户对频谱的占用概率以及所述主用户与所述认知无线网络之间的信道系数，采用所确定的检测门限、认知基站节点的感知时长、所述每个认知用户节点的数据传输时长、所述每个认知用户节点的数据传输功率与所述认知无线网络的总吞吐量的关系，计算所述认知无线网络的总吞吐量最大时的第一检测门限、所述每个认知用户节点的第一数据传输功率、所述认知基站节点的第一感知时长、所述每个认知用户节点的第一数据传输时长，包括：
在第k个时隙，获取并根据所述每个认知用户节点在该时隙的初始能量值
Figure FDA0002564668020000031
所述认知基站节点在该时隙的传输功率
Figure FDA0002564668020000032
所述认知基站节点与所述每个认知用户节点之间在该时隙的下行信道系数
Figure FDA0002564668020000033
所述认知无线网络的能量转换效率ηi，通过公式(2)：
Figure FDA0002564668020000034
确定对应的认知用户节点在该时隙的数据传输功率限值Pi k；
获取并根据所述认知基站节点的检测噪声功率
Figure FDA0002564668020000035
和所述认知基站节点检测到主用户的信号的平均信噪比γ，确定所述检测门限的限制值为
Figure FDA0002564668020000036
获取并根据所述每个认知用户节点与所述主用户之间的上行信道系数
Figure FDA0002564668020000037
所述认知基站节点与所述主用户之间的信道系数
Figure FDA0002564668020000038
所述检测门限的初始值
Figure FDA0002564668020000039
所述感知时长的初始值
Figure FDA00025646680200000310
和所述数据传输时长的初始值
Figure FDA00025646680200000311
以公式(3)：
Figure FDA00025646680200000312
为限制条件，通过公式(1)计算所述认知无线网络在该时隙中的总吞吐量最大时的第一检测门限、所述每个认知用户节点的第一数据传输功率、所述认知基站节点的第一感知时长、所述每个认知用户节点的第一数据传输时长，其中，所述
Figure FDA00025646680200000313
为所述认知无线网络对所述主用户的干扰门限，所述T为每个时隙的时长，所述
Figure FDA00025646680200000314
为第i个认知用户节点对所述主用户造成的干扰，所述
Figure FDA00025646680200000315
所述
Figure FDA00025646680200000316
为所述认知基站节点对所述主用户造成的干扰，所述
Figure FDA00025646680200000317
所述T为每个时隙的时长；
相应的，所述按照所述第一感知时长和所述第一检测门限对所述频谱进行检测，包括：
在该时隙，按照所述第一感知时长和所述第一检测门限对所述频谱进行检测，
所述在检测所述频谱空闲时，将所述频谱、所述每个认知用户节点的所述第一数据传输功率和所述第一数据传输时长发送至对应的认知用户节点，以使得每个认知用户节点按照对应的第一数据传输功率和第一数据传输时长使用所述频谱传输数据，包括：
在该时隙，在检测所述频谱空闲时，将所述频谱、所述每个认知用户节点的所述第一数据传输功率和所述第一数据传输时长发送至对应的认知用户节点，以使得每个认知用户节点按照对应的第一数据传输功率和第一数据传输时长使用所述频谱传输数据。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述主用户与所述认知无线网络之间的信道系数，还包括：所述每个认知用户节点与所述主用户之间的下行信道系数
Figure FDA0002564668020000041
所述获取所述每个认知用户节点在该时隙的初始能量值
Figure FDA0002564668020000042
包括：
在所述k＝1时，将所述每个认知用户节点在该时隙的初始能量值确定为0；
当k＞1时，针对每个时隙，获取并根据所述每个认知用户节点在该时隙的上一时隙中的初始能量值
Figure FDA0002564668020000043
所述主用户在该时隙的上一时隙中对所述频谱的占用概率qk-1、所述每个认知用户节点在该时隙的上一时隙中，与所述主用户之间的下行信道系数
Figure FDA0002564668020000044
所述认知基站节点在该时隙的上一时隙中的检测门限εk-1、所述认知基站节点在该时隙的上一时隙中的感知时长
Figure FDA0002564668020000045
所述主用户在该时隙的上一时隙中的发送功率
Figure FDA0002564668020000046
所述认知基站节点在该时隙的上一时隙中的传输功率
Figure FDA0002564668020000047
所述认知基站节点在该时隙的上一时隙中，与所述每个认知用户节点之间在该时隙的下行信道系数
Figure FDA0002564668020000048
所述每个认知用户节点在该时隙的上一时隙中的数据传输时长
Figure FDA0002564668020000049
以及所述每个认知用户节点在该时隙的上一时隙中的传输功率
Figure FDA00025646680200000410
通过公式(4)：
Figure FDA0002564668020000051
计算所述每个认知用户节点在该时隙的初始能量值
Figure FDA0002564668020000052
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取并根据所述每个认知用户节点与所述主用户之间的上行信道系数
Figure FDA0002564668020000053
所述认知基站节点与所述主用户之间的信道系数、所述检测门限的初始值
Figure FDA0002564668020000054
所述感知时长的初始值
Figure FDA0002564668020000055
和所述数据传输时长的初始值
Figure FDA0002564668020000056
以公式(3)为限制条件，通过公式(1)计算所述认知无线网络在该时隙中的总吞吐量最大时的第一检测门限、所述每个认知用户节点的第一数据传输功率、所述认知基站节点的第一感知时长、所述每个认知用户节点的第一数据传输时长，包括：
获取并根据所述每个认知用户节点第l次迭代时，与所述主用户之间的上行信道系数
Figure FDA0002564668020000057
第l-1次迭代得到的检测门限
Figure FDA0002564668020000058
所述每个认知用户节点的数据传输时长
Figure FDA0002564668020000059
和所述认知基站节点的感知时长
Figure FDA00025646680200000510
计算所述每个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure FDA00025646680200000511
其中，当l＝1时，所述
Figure FDA00025646680200000512
所述
Figure FDA00025646680200000513
所述
Figure FDA00025646680200000514
根据所述每个认知用户节点第l-1次迭代时的数据传输时长
Figure FDA00025646680200000515
和第l-1次迭代得到的检测门限
Figure FDA00025646680200000516
通过公式(7)：
Figure FDA00025646680200000517
计算所述认知基站节点第l次迭代时的感知时长
Figure FDA0002564668020000061
所述
Figure FDA0002564668020000062
根据所述每个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure FDA0002564668020000063
所述认知基站节点第l次迭代的感知时长
Figure FDA0002564668020000064
所述第l-1次迭代得到的检测门限
Figure FDA0002564668020000065
基于公式(1)，采用单纯形算法计算所述每个认知用户节点的第l次迭代时的数据传输时长
Figure FDA0002564668020000066
根据所述每个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure FDA0002564668020000067
所述认知基站节点第l次迭代的感知时长
Figure FDA0002564668020000068
和所述每个认知用户节点的第l次迭代时的数据传输时长
Figure FDA0002564668020000069
通过公式(8)：
Figure FDA00025646680200000610
计算所述认知无线网络第l次迭代时的检测门限
Figure FDA00025646680200000611
其中，
Figure FDA00025646680200000612
根据所述每个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure FDA00025646680200000613
所述认知基站节点第l次迭代时的感知时长
Figure FDA00025646680200000614
所述每个认知用户节点的第l次迭代时的数据传输时长
Figure FDA00025646680200000615
和所述认知无线网络第l次迭代时的检测门限
Figure FDA00025646680200000616
采用公式(1)计算所述认知无线网络第l次迭代时的总吞吐量
Figure FDA00025646680200000617
判断所述认知无线网络第l次迭代时的总吞吐量
Figure FDA00025646680200000618
与第l-1次迭代时的总吞吐量
Figure FDA0002564668020000071
的相对误差，是否小于或等于预设第一收敛阈值；
若是，将所述每个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure FDA0002564668020000072
确定对应认知用户节点的第一数据传输功率，将所述认知基站节点第l次迭代时的感知时长
Figure FDA0002564668020000073
确定为所述认知基站节点的第一感知时长，将所述每个认知用户节点的第l次迭代时的数据传输时长
Figure FDA0002564668020000074
确定为对应认知用户节点的第一数据传输时长，将所述认知无线网络第l次迭代时的检测门限
Figure FDA0002564668020000075
确定为所述认知无线网络的第一检测门限；
否则，将所述认知基站节点第l次迭代时的感知时长
Figure FDA0002564668020000076
作为所述认知基站节点第l-1次迭代时的感知时长
Figure FDA0002564668020000077
将所述每个认知用户节点的第l次迭代时的数据传输时长
Figure FDA0002564668020000078
作为所述每个认知用户节点第l-1次迭代时的数据传输时长
Figure FDA0002564668020000079
将所述认知无线网络第l次迭代时的检测门限
Figure FDA00025646680200000710
作为所述认知无线网络第l-1次迭代时的检测门限
Figure FDA00025646680200000711
并执行根据第l-1次迭代得到的检测门限
Figure FDA00025646680200000712
所述每个认知用户节点的数据传输时长
Figure FDA00025646680200000713
和所述认知基站节点的感知时长
Figure FDA00025646680200000714
计算所述每个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure FDA00025646680200000715
的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述每个认知用户节点第l次迭代时，与所述主用户之间的上行信道系数
Figure FDA00025646680200000716
第l-1次迭代得到的检测门限
Figure FDA00025646680200000717
所述每个认知用户节点的数据传输时长
Figure FDA00025646680200000718
和所述认知基站节点的感知时长
Figure FDA00025646680200000719
计算所述每个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure FDA00025646680200000720
包括：
获取第i个认知用户节点在第l次迭代中的第r次迭代时的传输功率的迭代参数
Figure FDA00025646680200000721
并根据所述第r次迭代时的传输功率的迭代参数
Figure FDA00025646680200000722
所述第i个认知用户节点第l次迭代时，与所述主用户之间的上行信道系数
Figure FDA00025646680200000723
第l-1次迭代得到的检测门限
Figure FDA00025646680200000724
所述第i个认知用户节点的数据传输时长
Figure FDA00025646680200000725
和所述认知基站节点的感知时长
Figure FDA00025646680200000726
通过公式(9)：
Figure FDA00025646680200000727
计算所述第i个认知用户节点在第l次迭代中的第r次迭代时的迭代传输功率
Figure FDA0002564668020000081
当所述r＝1时，所述
Figure FDA0002564668020000082
所述
Figure FDA0002564668020000083
所述
Figure FDA0002564668020000084
所述β为自干扰系数；
判断所述
Figure FDA0002564668020000085
是否大于0，且小于Pi k；
当所述
Figure FDA0002564668020000086
小于或等于0时，将0作为所述第i个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure FDA0002564668020000087
当所述
Figure FDA0002564668020000088
大于或等于Pi k时，将所述Pi k作为所述第i个认知用户节点第l次迭代时的传输功率
Figure FDA0002564668020000089
当所述
Figure FDA00025646680200000810
大于0，且小于Pi k时，判断所述第r次迭代时的传输功率的迭代参数
Figure FDA00025646680200000811
和第r-1次迭代时的传输功率的迭代参数
Figure FDA00025646680200000812
的相对误差，是否小于或等于预设第二收敛阈值θ；
如果是，则将所述第i个认知用户节点在第l次迭代中的第r次迭代时的迭代传输功率
Figure FDA00025646680200000813
作为所述第i个认知用户节点在第l次迭代时的传输功率
Figure FDA00025646680200000814
否则，基于公式(10)
Figure FDA00025646680200000815
计算第r+1次迭代时的传输功率的迭代参数
Figure FDA00025646680200000816
并将所述第r+1次迭代时的传输功率的迭代参数
Figure FDA00025646680200000817
作为所述第r次迭代时的传输功率的迭代参数
Figure FDA00025646680200000818
执行所述根据所述第r次迭代时的传输功率的迭代参数
Figure FDA00025646680200000819
所述第i个认知用户节点第l次迭代时，与所述主用户之间的上行信道系数
Figure FDA00025646680200000820
第l-1次迭代得到的检测门限
Figure FDA00025646680200000821
所述第i个认知用户节点的数据传输时长
Figure FDA00025646680200000822
和所述认知基站节点的感知时长
Figure FDA0002564668020000091
通过公式(9)计算所述第i个认知用户节点在第l次迭代中的第r次迭代时的迭代传输功率
Figure FDA0002564668020000092
的步骤。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述获取并根据所述每个认知用户节点在该时隙的初始能量值
Figure FDA0002564668020000093
所述认知基站节点在该时隙的传输功率
Figure FDA0002564668020000094
所述认知基站节点与所述每个认知用户节点之间在该时隙的下行信道系数
Figure FDA0002564668020000095
所述认知无线网络的能量转换效率ηi，通过公式(2)确定对应的认知用户节点在该时隙的数据传输功率限值Pi k之前，所述方法还包括：
获取并根据所述每个认知用户节点在该时隙的上一时隙的第一数据传输功率
Figure FDA0002564668020000096
和所述每个认知用户节点与所述认知基站节点之间的下行信道系数
Figure FDA0002564668020000097
对所述每个认知用户节点进行排序，得到排序后的多个认知用户节点；
相应的，所述获取并根据所述每个认知用户节点在该时隙的初始能量值
Figure FDA0002564668020000098
所述认知基站节点在该时隙的传输功率
Figure FDA0002564668020000099
所述认知基站节点与所述每个认知用户节点之间在该时隙的下行信道系数
Figure FDA00025646680200000910
所述认知无线网络的能量转换效率ηi，通过公式(2)确定对应的认知用户节点在该时隙的数据传输功率限值Pi k，包括：
获取并根据所述排序后的多个认知用户节点中每个认知用户节点在该时隙的初始能量值
Figure FDA00025646680200000911
所述认知基站节点在该时隙的传输功率
Figure FDA00025646680200000912
所述认知基站节点与所述每个认知用户节点之间在该时隙的下行信道系数
Figure FDA00025646680200000913
所述认知无线网络的能量转换效率ηi，通过公式(2)确定对应的认知用户节点在该时隙的数据传输功率限值Pi k。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述将所述每个认知用户节点的所述第一数据传输功率和所述第一数据传输时长发送至对应的认知用户节点之前，所述方法还包括：
获取并根据所述每个认知用户节点在该时隙的第一数据传输功率
Figure FDA00025646680200000914
和所述每个认知用户节点与所述认知基站节点之间的下行信道系数
Figure FDA00025646680200000915
确定所述多个认知用户节点传输数据的顺序；
相应的，将所述每个认知用户节点的所述第一数据传输功率和所述第一数据传输时长发送至对应的认知用户节点，以使得每个认知用户节点按照对应的第一数据传输功率和第一数据传输时长使用所述频谱传输数据，包括：
将所述传输数据的顺序发送至所述多个认知用户节点；将所述每个认知用户节点的所述第一数据传输功率和所述第一数据传输时长发送至对应的认知用户节点，以使得所述每个认知用户节点按照所述传输数据的顺序、对应的第一数据传输功率和第一数据传输时长使用所述频谱传输数据。
9.一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的装置，其特征在于，应用于能量频谱双维认知无线网络，所述能量频谱双维认知无线网络为：由感知并采集认知无线网络中的能量的多个认知用户节点，和感知空闲授权频段的认知基站节点，构成的认知无线网络；所述装置包括：
参数获取模块，用于获取所述认知无线网络的相关参数、主用户对频谱的占用概率以及主用户与所述认知无线网络之间的信道系数，其中，所述认知无线网络中的相关参数包括：认知基站节点与所述多个认知用户节点中的每个认知用户节点之间的上行信道系数和下行信道系数、所述认知基站节点检测到的主用户的平均信噪比、所述认知无线网络的能量转换效率和认知基站节点的检测噪声功率、所述每个认知用户节点的检测噪声功率、所述认知基站节点的传输功率、所述认知基站节点的采样频率；
关系确定模块，用于根据所述认知无线网络的相关参数和主用户对频谱的占用概率，确定检测门限、认知基站节点的感知时长、所述每个认知用户节点的数据传输时长、所述每个认知用户节点的数据传输功率与所述认知无线网络的总吞吐量的关系；
计算模块，用于获取所述检测门限的初始值、所述感知时长的初始值、所述数据传输时长的初始值以及所述每个认知用户节点的初始能量值，并在所述每个认知用户节点传输功率受限和对主用户的干扰受限以及检测门限范围受限的条件下，根据所述认知无线网络的相关参数、主用户对频谱的占用概率以及主用户与所述认知无线网络之间的信道系数，采用所确定的检测门限、认知基站节点的感知时长、所述每个认知用户节点的数据传输时长、所述每个认知用户节点的数据传输功率与所述认知无线网络的总吞吐量的关系，计算所述认知无线网络的总吞吐量最大时的第一检测门限、所述每个认知用户节点的第一数据传输功率、所述认知基站节点的第一感知时长、所述每个认知用户节点的第一数据传输时长；
检测模块，用于按照所述第一感知时长和所述第一检测门限对所述频谱进行检测；
发送模块，用于在检测所述频谱空闲时，将所述频谱、所述每个认知用户节点的所述第一数据传输功率和所述第一数据传输时长发送至对应的认知用户节点，以使得每个认知用户节点按照对应的第一数据传输功率和第一数据传输时长使用所述频谱传输数据。
10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-8任一所述的方法步骤。
CN201810971975.7A 2018-08-24 2018-08-24 一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法及装置 Active CN109088685B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810971975.7A CN109088685B (zh) 2018-08-24 2018-08-24 一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810971975.7A CN109088685B (zh) 2018-08-24 2018-08-24 一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109088685A CN109088685A (zh) 2018-12-25
CN109088685B true CN109088685B (zh) 2020-10-02

Family

ID=64794570

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810971975.7A Active CN109088685B (zh) 2018-08-24 2018-08-24 一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109088685B (zh)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102740373B (zh) * 2012-06-06 2014-10-22 北京邮电大学 基于端到端中断概率约束的功率分配方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109088685A (zh) 2018-12-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101627885B1 (ko) 랜덤 액세스 네트워크에서의 통신 링크(들)의 채널 손실률 및 충돌 손실률의 계산을 위한 장치 및 방법
CN107580327B (zh) 基于最佳频段选择的认知无线网络吞吐量优化方法
US20120320759A1 (en) Wireless communication device that is capable of improving data transmission efficiency
Khorov et al. Two-slot based model of the IEEE 802.11 ah restricted access window with enabled transmissions crossing slot boundaries
CN102833159B (zh) 报文拥塞处理方法及装置
CN102379135B (zh) 用于改善无线网状网络的管理的方法及装置
CN107949058B (zh) 一种窄带物联网随机接入方法及装置
CN111615214B (zh) 数据发送方法和装置
CN105554888A (zh) 基于链路多速率的多射频多信道无线Mesh网络信道分配算法
CN102821478A (zh) 一种基于认知的宽带无线接入设备星状组网方法
CN111010207A (zh) 一种基于量化相关性的跳频方法及装置
KR20180000290A (ko) 무선 전력 통신 네트워크에서 간섭을 고려한 무선 전력 전송 장치의 제어 방법과 무선 전력 전송 장치
JP2021535686A (ja) 干渉源識別方法、関連デバイス、およびコンピュータ記憶媒体
CN109088685B (zh) 一种提高能量频谱双维认知无线网络吞吐量的方法及装置
Hosni et al. Cross layer optimization of end to end delay in WSN for smart grid communications
CN103313401A (zh) 一种调整pdcch格式的方法及装置
CN105007596A (zh) 一种基于QoS的WSANs丢包判决器设计方法
CN106788823A (zh) 一种无线信道状态信息测量方法
CN102056127A (zh) 一种tdd ue侧选择同频干扰小区列表的方法
WO2016011632A1 (zh) 数据传输的控制方法及设备
CN111953402B (zh) 一种信道忙闲状态估计方法、装置、设备及存储介质
Zhai et al. Modified 802.11‐Based Opportunistic Spectrum Access in Cognitive Radio Networks
CN108811068B (zh) 一种资源分配方法、装置和计算机可读存储介质
KR101593370B1 (ko) 데이터 충돌을 기초로 한 백오프 결정 방법
CN109640397B (zh) 基于服务质量的长距离多信道通信随机接入方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant