CN114760702A - 一种功率分配方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种功率分配方法、装置、电子设备及存储介质，涉及通信技术领域，用以解决现阶段在为非授权用户分配使用授权频带的发射功率时，容易使授权用户受到干扰，无线网络中的频谱资源无法得到充分利用的问题，包括：确定第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态；其中，第一用户为被授权使用授权频带的用户，第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态用于表征第一用户对授权频带的使用状态；根据第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态，确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率；其中，第二用户为未被授权使用授权频带的用户，第一时间帧的结束时刻为第二时间帧的起始时刻。本申请用于在用户使用频带资源时，对用户发射功率的分配。

Description

一种功率分配方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本申请涉及通信领域，尤其涉及一种功率分配方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

确定性网络作为新一代网络研究发展的热点方向，是各行业发展的重要推力。确定性网络技术要求网络能够提供可靠的数据传输服务，这就对网络的传输带宽有着较高的要求。

而随着近些年无线网络飞速发展，无线网络的使用率大幅提高，这些无线网络技术大多使用非授权频带。由于大部分频带资源已分配给授权用户，寻找空闲频带用于部署新的应用变得更加困难。同时，还存在部分已授权的频带资源并没有得到充分利用的情况。因此，允许非授权用户在不影响授权用户正常使用授权频带的前提下，以一定的功率使用授权频带，可以提高无线网络中的频带利用率和系统数据容量。

目前针对非授权用户使用授权频带的功率确定方法，仅根据授权用户是否占用授权频带，来对非授权用户分配高低两种功率，不能对授权用户是否在使用授权频带的实际状态进行具体感知，容易使授权用户受到干扰，无线网络中的频谱资源无法得到充分利用。

发明内容

本申请提供一种功率分配方法、装置、电子设备及存储介质，能够解决现阶段在为非授权用户分配使用授权频带的功率时，容易使授权用户受到干扰，无线网络中的频谱资源无法得到充分利用的问题。

第一方面，本申请提供一种功率分配方法，该方法包括：确定第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态；其中，第一用户为被授权使用授权频带的用户，第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态用于表征第一用户对授权频带的使用状态。根据第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态，确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率；其中，第二用户为未被授权使用授权频带的用户，第一时间帧的结束时刻为第二时间帧的起始时刻。

基于上述技术方案，本申请中通过确定授权用户在第一时间帧的信道忙闲状态，并且结合授权用户在相邻两个时间帧内，在使用授权频带与不使用授权频带之间最多改变一次的预设条件，来确定非授权用户在第二时间帧内的接入分配功率。由此，本申请实施例对授权用户使用授权频带的状态的变化情况进行了检测，并由此计算出为非授权用户分配的发射功率，避免干扰到授权用户对授权频带的正常使用，充分利用了频带资源。

在一种可能的实现方式中，上述第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态包括第一状态、第二状态、第三状态和第四状态；第一状态为第一用户在第一时间帧内未使用授权频带，第二状态为第一用户在第一时间帧内由使用授权频带变为未使用授权频带，第三状态为第一用户在第一时间帧内持续使用授权频带，第四状态为第一用户在第一时间帧内由未使用授权频带变为使用授权频带。

在一种可能的实现方式中，上述第二用户在第二时间帧内的接入分配功率包括第一功率、第二功率和第三功率；根据第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态，确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率，具体包括：若第一用户的信道忙闲状态为第一状态，则确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第二功率；若第一用户的信道忙闲状态为第二状态，则确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第一功率；若第一用户的信道忙闲状态为第三状态，则确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第二功率；若第一用户的信道忙闲状态为第四状态，则确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第三功率。

在一种可能的实现方式中，上述方法还包括：根据第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态，确定第二用户的最大可达传输速率；根据第二用户的最大可达传输速率，确定授权频带的平均有效容量；根据授权频带的平均有效容量，确定第一功率、第二功率和第三功率。

第二方面，本申请提供一种功率分配装置，该功率分配装置包括：处理单元；处理单元，用于确定第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态；其中，第一用户为被授权使用授权频带的用户，第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态用于表征第一用户对授权频带的使用状态；处理单元，还用于根据第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态，确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率；其中，第二用户为未被授权使用授权频带的用户，第一时间帧的结束时刻为第二时间帧的起始时刻。

在一种可能的实现方式中，第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态包括第一状态、第二状态、第三状态和第四状态；第一状态为第一用户在第一时间帧内未使用授权频带，第二状态为第一用户在第一时间帧内由使用授权频带变为未使用授权频带，第三状态为第一用户在第一时间帧内持续使用授权频带，第四状态为第一用户在第一时间帧内由未使用授权频带变为使用授权频带。

在一种可能的实现方式中，处理单元，还用于在第一用户的信道忙闲状态为第一状态时，确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第二功率；

处理单元，还用于在第一用户的信道忙闲状态为第二状态时，确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第一功率；

处理单元，还用于在第一用户的信道忙闲状态为第三状态时，确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第二功率；

处理单元，还用于在第一用户的信道忙闲状态为第四状态时，确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第三功率。

在一种可能的实现方式中，处理单元，还用于根据第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态，确定第二用户的最大可达传输速率；处理单元，还用于根据第二用户的最大可达传输速率，确定授权频带的平均有效容量；处理单元，还用于根据授权频带的平均有效容量，确定第一功率、第二功率和第三功率。

此外，第二方面所述的功率分配装置的技术效果可以参考上述第一方面所述的功率分配方法的技术效果，此处不再赘述。

第三方面，本申请提供一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，该一个或多个程序包括指令，上述指令当被本申请的电子设备执行时使电子设备执行如第一方面和第一方面的任一种可能的实现方式中所描述的功率分配方法。

第四方面，本申请提供一种电子设备，包括：处理器以及存储器；其中，存储器用于存储一个或多个程序，一个或多个程序包括计算机执行指令，当电子设备运行时，处理器执行存储器存储的计算机执行指令，以使电子设备执行如第一方面和第一方面的任一种可能的实现方式中所描述的功率分配方法。

第五方面，本申请提供一种包含指令的计算机程序产品，当该指令在计算机上运行时，使得本申请的电子设备执行如第一方面和第一方面的任一种可能的实现方式中所描述的功率分配方法。

第六方面，本申请提供一种芯片系统，该芯片系统应用于功率分配装置；所述芯片系统包括一个或多个接口电路，以及一个或多个处理器。所述接口电路和所述处理器通过线路互联；所述接口电路用于从所述功率分配装置的存储器接收信号，并向所述处理器发送所述信号，所述信号包括所述存储器中存储的计算机指令。当所述处理器执行所述计算机指令时，所述功率分配装置执行如第一方面及其任一种可能的设计方式所述的功率分配方法。

在本申请中，上述功率分配装置的名字对设备或功能单元本身不构成限定，在实际实现中，这些设备或功能单元可以以其他名称出现。只要各个设备或功能单元的功能和本申请类似，均属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种功率分配方法的应用场景示意图；

图2为本申请实施例提供的一种功率分配方法的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种功率分配方法的流程示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种功率分配方法的流程示意图；

图5为本申请实施例提供的一种功率分配方法的仿真效果对比示意图；

图6为本申请实施例提供的一种功率分配装置的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的一种功率分配装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。

本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或者”的关系。例如，A/B可以理解为A或者B。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”和“第二”是用于区别不同的对象，而不是用于描述对象的特定顺序。例如，第一边缘服务节点和第二边缘服务节点是用于区别不同的边缘服务节点，而不是用于描述边缘服务节点的特征顺序。

此外，本申请的描述中所提到的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括其他没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

另外，在本申请实施例中，“示例性地”、或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例性地”或“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性地”、或者“例如”等词旨在以具体方式呈现概念。

确定性网络作为新一代网络研究发展的热点方向，是各行业发展的重要推力。确定性网络技术要求网络能够提供可靠的数据传输服务，这就对网络的传输带宽有着较高的要求。而随着近些年无线确定性网络(以下简称无线网络)的飞速发展，无线网络的使用率大幅提高，这些无线网络技术大多使用非授权频带。由于大部分频带资源已分配给授权用户，寻找空闲频带用于部署新的应用变得更加困难。同时，还存在部分已授权的频带资源并没有得到充分利用的情况。因此，允许非授权用户在不影响授权用户正常使用授权频带的前提下，以一定的功率使用授权频带，可以提高无线网络中的频带利用率和系统数据容量。

目前针对非授权用户使用授权频带的功率确定方法，仅根据授权用户是否占用授权频带，来对非授权用户分配高低两种功率，不能对授权用户是否在使用授权频带的实际状态进行具体感知，容易使授权用户受到干扰，无线网络中的频谱资源无法得到充分利用。

现阶段公开了一种两状态两功率算法，具体包括：主用户(也即授权用户)可以优先使用授权频带，可以随意接入和离开该频带，认知用户(也即非授权用户)则需要持续检测主用户使用授权频带的状态，当认知用户检测到授权频段空闲时就立即接入。通过使用能量检测法，可以检测到当前授权频带是否被主用户信号占用，视主用户在一个时间帧内的状态保持不变，由此，根据检测结果可以建立一个主用户两状态模型，满足以下公式1：

其中，Y表示主用户接收信号，n表示信道噪声，s表示传输信号，i表示一次检测的编号，I表示总检测次数，H₀表示主用户空闲未接入授权频带，H₁表示主用户忙碌正在接入授权频带。

基于上述主用户两状态模型，当检测结果为主用户没有占用授权频带时，为认知用户分配一个较高的发射功率；当检测结果为主用户占用授权频带时，为认知用户分配一个较低的发射功率。

进一步的，根据为认知用户分配的发射功率，确定出认知用户在授权频带上的最大可达传输速率。由于在实际检测中存在虚警与漏检的情况，所以根据主用户实际状态的不同以及检测结果的不同，可进一步将认知用户在授权频带上的最大可达传输速率的计算情况分为四种，满足以下公式2：

其中，K表示认知用户在授权频带上的最大可达传输速率，H表示主用户使用授权频带的状态。需要指出的是，K和H的下标共有两位，第一位表示主用户使用授权频带的实际状态，第二位表示认知用户检测到的状态，具体的，0表示空闲(也即主用户在使用授权频带)，1表示忙碌(也即主用户未使用授权频带)。g表信道增益，具体的，g_ss表示认知用户方发送端和接收端之间的信道增益，g_ps表示主用户发送端和认知用户接收端之间的信道增益。P表示为认知用户分配的发射功率，具体的，P₀表示前文所述的认知用户的高发射功率，P₁表示前文所述的认知用户的低发射功率，P_u表示主用户的发射功率。N₀表示信道噪声。

由此可知，根据上述认知用户的最大可达传输功率，授权频带上的平均有效容量满足以下公式3为：

其中，E_c(θ)表示平均有效容量，θ表示QoS时延指数，T表示时间帧长，B表示授权频带的带宽，P表示发射功率，H₀表示主用户空闲未接入授权频带，H₁表示主用户忙碌正在接入授权频带，I表示检测时长，η表示一次检测的编号，下标fa表示一次检测为失败，E表示对括号内的代数式求期望，τ表示一次检测的时长，下标de表示一次检测为成功，K表示认知用户在授权频带上的最大可达传输速率，第一位表示主用户使用授权频带的实际状态，第二位表示认知用户检测到的状态，具体的，0表示空闲(也即主用户在使用授权频带)，1表示忙碌(也即主用户未使用授权频带)。

可以理解的是，在计算出授权频带上的平均有效容量后，可根据该容量直观的对为认知用户分配的发射功率，进行分配效果上的衡量。授权频带上的平均有效容量越高，说明为认知用户分配的发射功率越准确有效；反之，授权频带上的平均有效容量越低，说明为认知用户分配的发射功率越不准确、效果越差。

以上对现阶段一种两状态两功率算法进行了介绍，不难看出，该算法在为认知用户分配功率的过程中，是以主用户在一时间帧内使用授权频带的状态不变为前提的。然而，在在实际应用场景中，主用户使用授权频带的状态随时都可能发生改变，特别是在一时间帧的时长较长的情况下。如果不对主用户使用授权频带的状态的变化情况进行检测，那么由此计算出的分配给认知用户的发射功率，会对主用户的授权频带的使用造成严重干扰，同时频带资源也无法得到充分利用。

为了解决上述现阶段在为非授权用户分配使用授权频带的发射功率时，容易使授权用户受到干扰，无线网络中的频谱资源无法得到充分利用的问题，本申请提供一种功率分配方法，以实现在非授权用户在使用授权频带时，对非授权用户的发射功率进行合理分配，充分利用频带资源的目的。

示例性地，如图1所示，为本申请涉及的一种功率分配方法的授权用户与非授权用户之间的发送接收模型示意图。

其中，发送端1为授权用户方的发送端，接收端1为授权用户方的接收端，发送端2为非授权用户的发送端，接收端2为非授权用户的接收端。发送端1到接收端2之间的信道增益用g_ps表示，发送端2到接收端1之间的信道增益用g_sp表示，发送端2到接收端2之间的信道增益用g_ss表示。需要说明的是，在本模型中，信道的信道增益信息对于授权用户和非授权用户双方来说，是完全可知的。并且，本模型中的信道为瑞利信道。

需要指出的是，在本申请提供的功率分配方法中，执行主体是功率分配装置。该功率分配装置可以是一种电子设备(例如电脑终端、服务器)，还可以是电子设备中的处理器，还可以是电子设备中用于功率分配的控制模块，还可以是电子设备中用于功率分配的客户端。

下面对本实施例提供的功率分配方法的流程进行说明。

如图2所示，该功率分配方法包括以下步骤：

S201、功率分配装置确定第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态。

其中，第一用户为被授权使用授权频带的授权用户。第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态用于表征第一用户对授权频带的使用状态。第一时间帧为第一用户在被授权使用授权频带的时间段内的任意一个时间帧。

可选地，第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态可包括四种，分别为第一状态、第二状态、第三状态和第四状态。具体的，第一状态为第一用户在第一时间帧内未使用授权频带，第二状态为第一用户在第一时间帧内由使用授权频带变为未使用授权频带，第三状态为第一用户在第一时间帧内持续使用授权频带，第四状态为第一用户在第一时间帧内由未使用授权频带变为使用授权频带。

在一种可能的实现方式中，功率分配装置对第一用户的信道进行检测，根据信道检测结果来确定第一用户的信道忙闲状态。具体的，第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态与相应的信道检测结果的对应关系满足以下公式4：

其中，y(i)表示信道检测结果，J表示在一个时间帧内的检测采样次数，i表示表示一次检测的编号，I表示总检测次数，u_i表示第一用户发射的信号强度，n_mean(i)表示检测过程中信道噪声的均值，H₀₀表示第一状态，H₁₀表示第二状态，H₁₁表示第三状态，H₀₁表示第四状态，a表示第一用户由不使用授权频带变为使用授权频带对应的一次检测的编号，d表示第一用户由使用授权频带变为不使用授权频带对应的一次检测的编号。

需要说明的是，在本申请中，如无特别说明，则每一个时间帧内进行检测采样的次数皆是相同的，都为J次。同时，下文再次出现检测采样次数J时不再做特殊说明。

可选地，检测过程中信道噪声的均值n_mean(i)满足以下公式5：

n_mean(i)＝E_ω|y(i)-u(i)| 公式5

其中，ω表示检测过程持续的时长，y(i)表示信道检测结果，u_i表示第一用户发射的信号强度。

S202、功率分配装置根据第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态，确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率。

其中，第二用户为未被授权使用授权频带的非授权用户。第一时间帧与第二时间帧为相邻时间帧，具体的，第一时间帧的结束时刻为第二时间帧的起始时刻。

可选地，第二用户在第二时间帧内的接入分配功率包括第一功率P_H、第二功率P_M和第三功率P_L三种功率，对应第一用户的信道忙闲状态包括的第一状态、第二状态、第三状态和第四状态。其中，P_H＞P_M＞P_L。

在一种可能的实现方式中，本实施例设定第一用户在相邻两个时间帧内，在使用授权频带与不使用授权频带之间最多改变一次。由此，在第一用户对应的四种状态下，第二用户根据频谱共享模式，分别以第一功率P_H、第二功率P_M和第三功率P_L三种功率接入目标频谱，具体的对应关系如下：

(1)第一用户的信道忙闲状态为第一状态，由于第一用户在第一时间帧内未使用授权频带，并且其在第二时间帧内可能使用授权频带也可能不适用授权频带，因此第二用户采用第二功率P_M接入授权频带。

(2)第一用户的信道忙闲状态为第二状态，由于第一用户在第一时间帧内的第d个检测时刻由使用授权频带变为不使用授权频带，且由于第一用户在相邻两个时间帧内，在使用授权频带与不使用授权频带之间最多改变一次，因此第一用户在第二时间帧内保持不使用授权频带，第二用户采用第一功率P_H接入授权频带。

(3)第一用户的道忙闲状态为第三状态，由于第一用户在第一时间帧内一直在使用授权频带，且第一用户在第二时间帧内可能改变为不使用授权频带，因此第二用户采用第二功率P_M接入授权频带。

(4)第一用户的道忙闲状态为第四状态，由于第一用户在第一时间帧内第a个检测时刻由不使用授权频带变为使用授权频带，且由于第一用户在相邻两个时间帧内，在使用授权频带与不使用授权频带之间最多改变一次，因此第一用户在第二时间帧内保持使用授权频带，第二用户采用第三功率P_L接入授权频带。

需要说明的是，具体第一功率P_H、第二功率P_M和第三功率P_L三种功率的计算方法参见下述S301-S303。

应理解，第二用户根据频谱共享模式，以一定功率接入目标频谱的方法为现有技术，本申请在此不再赘述。

基于上述技术方案，本申请实施例中通过确定授权用户在第一时间帧的四种信道忙闲状态，并且结合授权用户在相邻两个时间帧内，在使用授权频带与不使用授权频带之间最多改变一次的预设条件，来确定非授权用户在第二时间帧内的接入分配功率为第一功率、第二功率和第三功率中的哪一种。由此，本申请实施例对授权用户使用授权频带的状态的变化情况进行了检测，并由此计算出为非授权用户分配的发射功率，避免干扰到授权用户对授权频带的正常使用，充分利用了频带资源。

示例性地，如图3所示，本申请提供的功率分配方法中，S202中第一功率P_H、第二功率P_M和第三功率P_L的具体推导过程包括以下S301-S303：

S301、功率分配装置根据第一用户在第一时间帧内的信道忙闲状态，确定第二用户的最大可达传输速率。

需要说明的是，由于第一用户在第一时间帧内的信道忙闲状态可分为四种，进而导致其对应的第二用户的最大可达传输速率也分多种情况，因此下文分情况对第二用户的最大可达传输速率满足的公式进行介绍：

情况一、第一用户的信道忙闲状态为第一状态，即第一用户在第一时间帧内未使用授权频带，并且第一用户在第二时间帧内依旧未使用授权频带，此时第二用户的最大可达传输速率满足以下公式6：

其中，

表示第二用户在情况一下的最大可达传输速率，g_ss表示第二用户发送端和接收端之间的信道增益，P_M表示第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第二功率，n_mean(i)表示检测过程中信道噪声的均值。检测过程中信道噪声的均值n_mean(i)的具体计算过程在前文S201中有说明，在此不再赘述。同理，下文再次出现n_mean(i)时不再做特殊说明。

情况二、第一用户的信道忙闲状态为第一状态，即第一用户在第一时间帧内未使用授权频带，但是第一用户在第二时间帧内由未使用授权频带变为使用授权频带，此时第二用户的最大可达传输速率满足以下公式7：

其中，

表示第二用户在情况二下的最大可达传输速率，a表示第一用户由不使用授权频带变为使用授权频带对应的一次检测的编号，g_ss表示第二用户发送端和接收端之间的信道增益，P_M表示第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第二功率，n_mean(i)表示检测过程中信道噪声的均值，J表示在一时间帧内的检测采样次数，P_u表示第一用户的发射功率。

情况三、第一用户的信道忙闲状态为第二状态，即第一用户在第一时间帧内的第d个检测时刻由使用授权频带变为不使用授权频带，由于第一用户在相邻两个时间帧内，在使用授权频带与不使用授权频带之间最多改变一次，因此第一用户在第二时间帧内保持不使用授权频带。并且，若在第二时间帧内的检测过程中没有发生虚警，则此时第二用户的最大可达传输速率满足以下公式8：

其中，

表示第二用户在情况三下的最大可达传输速率，g_ss表示第二用户发送端和接收端之间的信道增益，P_H表示第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第一功率，n_mean(i)表示检测过程中信道噪声的均值。

情况四、第一用户的信道忙闲状态为第二状态，即第一用户在第一时间帧内的第d个检测时刻由使用授权频带变为不使用授权频带，由于第一用户在相邻两个时间帧内，在使用授权频带与不使用授权频带之间最多改变一次，因此第一用户在第二时间帧内保持不使用授权频带。并且，若在第二时间帧内的检测过程中发生了虚警，则此时第二用户的最大可达传输速率满足以下公式9：

其中，

表示第二用户在情况四下的最大可达传输速率，g_ss表示第二用户发送端和接收端之间的信道增益，P_M表示第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第二功率，n_mean(i)表示检测过程中信道噪声的均值。

情况五、第一用户的信道忙闲状态为第三状态，即第一用户在第一时间帧内一直在使用授权频带，并且第一用户在第二时间帧内依旧在持续使用授权频带，此时第二用户的最大可达传输速率满足以下公式10：

其中，

表示第二用户在情况五下的最大可达传输速率，g_ss表示第二用户发送端和接收端之间的信道增益，P_M表示第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第二功率，n_mean(i)表示检测过程中信道噪声的均值，g_ps表示第一用户发送端和第二用户接收端之间的信道增益，P_u表示第一用户的发射功率。

情况六、第一用户的信道忙闲状态为第三状态，即第一用户在第一时间帧内一直在使用授权频带，但是第一用户在第二时间帧内由使用授权频带变为未使用授权频带，则此时第二用户的最大可达传输速率满足以下公式11：

其中，

表示第二用户在情况六下的最大可达传输速率，d表示第一用户由使用授权频带变为不使用授权频带对应的一次检测的编号，g_ss表示第二用户发送端和接收端之间的信道增益，P_M表示第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第二功率，n_mean(i)表示检测过程中信道噪声的均值，J表示在一时间帧内的检测采样次数，g_ps表示第一用户发送端和第二用户接收端之间的信道增益，P_u表示第一用户的发射功率。

情况七、第一用户的信道忙闲状态为第四状态，即第一用户在第一时间帧内第a个检测时刻由不使用授权频带变为使用授权频带，且由于第一用户在相邻两个时间帧内，在使用授权频带与不使用授权频带之间最多改变一次，因此第一用户在第二时间帧内保持使用授权频带。并且，若在第二时间帧内的检测过程中没有发生漏检，则此时第二用户的最大可达传输速率满足以下公式12：

其中，

表示第二用户在情况七下的最大可达传输速率，g_ss表示第二用户发送端和接收端之间的信道增益，P_M表示第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第二功率，n_mean(i)表示检测过程中信道噪声的均值，g_ps表示第一用户发送端和第二用户接收端之间的信道增益，P_u表示第一用户的发射功率。

情况八、第一用户的信道忙闲状态为第四状态，即第一用户在第一时间帧内第a个检测时刻由不使用授权频带变为使用授权频带，且由于第一用户在相邻两个时间帧内，在使用授权频带与不使用授权频带之间最多改变一次，因此第一用户在第二时间帧内保持使用授权频带。并且，若在第二时间帧内的检测过程中发生了漏检，则此时第二用户的最大可达传输速率满足以下公式13：

其中，

表示第二用户在情况七下的最大可达传输速率，g_ss表示第二用户发送端和接收端之间的信道增益，P_L表示第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第三功率，n_mean(i)表示检测过程中信道噪声的均值，g_ps表示第一用户发送端和第二用户接收端之间的信道增益，P_u表示第一用户的发射功率。

需要说明的是，在以上所述的八种情况中，仍然会根据第一用户的信道忙闲状态具体为四种状态中的哪一种状态，来确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率。应理解，在上述八种情况所涉及的公式中，第二时间帧内的接入分配功率P_H、P_M和P_L仍旧处于推导过程，作为未知量参与后续公式的计算。

S302、功率分配装置根据第二用户的最大可达传输速率，确定授权频带的平均有效容量。

在一种可能的实现方式中，授权频带的平均有效容量满足以下公式14：

其中，E_c(θ)表示平均有效容量，θ表示QoS时延指数，T_s表示抽样检测时长，T表示时间帧长，B表示授权频带的带宽，

表示第一用户的信道忙闲状态为第一状态的概率，

表示第一用户的信道忙闲状态为第二状态的概率，

表示第一用户的信道忙闲状态为第三状态的概率，

表示第一用户的信道忙闲状态为第四状态的概率，E表示对括号内的代数式求期望，P_dN表示正确检测第一用户的信道忙闲状态的概率，P_faN表示第一用户未使用授权频带但错误检测出第一用户在使用授权频带的概率，ε表示能量检测法的检测阈值，J表示在一时间帧内的检测采样次数，

表示第二用户在情况一下的最大可达传输速率，

表示第二用户在情况二下的最大可达传输速率，

表示第二用户在情况三下的最大可达传输速率，

表示第二用户在情况四下的最大可达传输速率，

表示第二用户在情况五下的最大可达传输速率，

表示第二用户在情况六下的最大可达传输速率，

表示第二用户在情况七下的最大可达传输速率，

表示第二用户在情况七下的最大可达传输速率。

可选地，为了简化公式，可将上述公式14中等号右侧的多项式中的每一项的系数进行提取，获取用于简化公式的替代系数α₁、α₂、α₃、α₄、β₁、β₂、β₃、β₄，具体每个系数代指的代数式如以下公式15所示：

其中，每个变量所表示的意义与公式14中的相同，在此不再赘述。

应理解，在公式14中，计算得出的授权频带的平均有效容量是最大的，因此根据公式14推导出的第二用户在第二时间帧内的接入分配功率也是最合理的。

S303、功率分配装置根据授权频带的平均有效容量，确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率。

在一种可能的实现方式中，设定约束条件，如以下公式16所示：

s.t.E{(α₂+β₁+β₂)P_Mg_sp+α₃P_Hg_sp+α₄P_Lg_sp}≤Γ 公式16

其中，Γ表示第一用户接收端能够承受的最大平均干扰功率，g_sp表示第二用户发送端和第一用户接收端之间的信道增益，P_M表示第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第二功率，P_H表示第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第一功率，P_L表示第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第三功率。需要说明的是，α₂、α₃、α₄、β₁、β₂为用于简化公式的替代系数，具体计算方式见前文S302。

进一步的，对授权频带的平均有效容量公式构造拉格朗日函数式，得到如下公式17：

其中，L表示拉格朗日函数，λ表示拉格朗日参数，P_M表示第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第二功率，P_H表示第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第一功率，P_L表示第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第三功率，E表示对括号内的代数式求期望，g_sp表示第二用户发送端和第一用户接收端之间的信道增益，g_ss表示第二用户发送端和接收端之间的信道增益，g_ps表示第一用户发送端和第二用户接收端之间的信道增益，N₀表示信道噪声，θ表示QoS时延指数，a表示第一用户由不使用授权频带变为使用授权频带对应的一次检测的编号，d表示第一用户由使用授权频带变为不使用授权频带对应的一次检测的编号，P_u表示第一用户的发射功率。需要说明的是，α₁、α₂、α₃、α₄、β₁、β₂、β₃、β₄为用于简化公式的替代系数，具体计算方式见前文S302。

由此，将S302中与S303的公式化简为三个独立的求解三种接入分配功率的问题公式，分别如下：

(1)问题一、计算第一功率P_H满足以下公式18：

其中，f₁表示计算第一功率的问题一，P_H表示第一功率，θ表示QoS时延指数，T_s表示抽样检测时长，P_dN表示正确检测第一用户的信道忙闲状态的概率，ε表示能量检测法的检测阈值，J表示在一个时间帧内的检测采样次数，E表示对括号内的代数式求期望，g_ss表示第二用户发送端和接收端之间的信道增益，n_mean(i)表示检测过程中信道噪声的均值，g_ps表示第一用户发送端和第二用户接收端之间的信道增益，P_u表示第一用户的发射功率，

表示第一用户的信道忙闲状态为第二状态的概率，P_faN表示第一用户未使用授权频带但错误检测出第一用户在使用授权频带的概率，g_sp表示第二用户发送端和第一用户接收端之间的信道增益，

表示第一用户的信道忙闲状态为第四状态的概率，λ表示拉格朗日参数。

(2)问题二、计算第二功率P_M满足以下公式19：

其中，f₂表示计算第二功率的问题二，P_M表示第二功率，θ表示QoS时延指数，T_s表示抽样检测时长，ε表示能量检测法的检测阈值，J表示在一时间帧内的检测采样次数，

表示第一用户的信道忙闲状态为第一状态的概率，E表示对括号内的代数式求期望，g_ss表示第二用户发送端和接收端之间的信道增益，n_mean(i)表示检测过程中信道噪声的均值，

表示第一用户的信道忙闲状态为第四状态的概率，a表示第一用户由不使用授权频带变为使用授权频带对应的一次检测的编号，d表示第一用户由使用授权频带变为不使用授权频带对应的一次检测的编号，P_u表示第一用户的发射功率，g_ps表示第一用户发送端和第二用户接收端之间的信道增益，g_sp表示第二用户发送端和第一用户接收端之间的信道增益，

表示第一用户的信道忙闲状态为第二状态的概率，

表示第一用户的信道忙闲状态为第三状态的概率，λ表示拉格朗日参数。

(3)问题三、计算第三功率P_L满足以下公式20：

其中，f₃表示计算第三功率的问题三，P_L表示第三功率，θ表示QoS时延指数，T_s表示抽样检测时长，ε表示能量检测法的检测阈值，J表示在一时间帧内的检测采样次数，

表示第一用户的信道忙闲状态为第二状态的概率，

表示第一用户的信道忙闲状态为第三状态的概率，

表示第一用户的信道忙闲状态为第四状态的概率，E表示对括号内的代数式求期望，n_mean(i)表示检测过程中信道噪声的均值，a表示第一用户由不使用授权频带变为使用授权频带对应的一次检测的编号，d表示第一用户由使用授权频带变为不使用授权频带对应的一次检测的编号，P_u表示第一用户的发射功率，g_ss表示第二用户发送端和接收端之间的信道增益，g_ps表示第一用户发送端和第二用户接收端之间的信道增益，g_sp表示第二用户发送端和第一用户接收端之间的信道增益，λ表示拉格朗日参数。

进一步的，根据S302中获取的用于简化公式的替代系数α₁、α₂、α₃、α₄、β₁、β₂、β₃、β，对上述三种问题进行简化，得出第一功率P_H、第二功率P_M和第三功率P_L的最终表达式，如以下公式21所示：

其中，P_H表示第一功率，P_M表示第二功率，P_L表示第三功率，N₀表示信道噪声。需要指出的是，公式21中的m、Nx、A、B、C、Δ，与α₁、α₂、α₃、α₄、β₁、β₂、β₃、β₄类似，都是用于简化公式的替代系数，m、Nx、A、B、C、Δ的具体计算公式如以下公式22所示：

可以理解的是，α₁、α₂、α₃、α₄、β₁、β₂、β₃、β₄为用于简化公式的替代系数，具体计算方式见前文S302，在此不再赘述。

基于上述技术方案，本申请实施例将第二用户在第二时间帧内的接入分配功率分为第一功率、第二功率和第三功率三种，并且暂时将这三种功率用未知数表示，先计算出第二用户能达到的最大可达传输速率，再确定出授权频带的平均有效容量。之后在计算出预设约束条件下的最大平均有效容量后，再据此推导出第一功率、第二功率和第三功率的计算公式，以便于为第二用户在第二时间帧内分配具体的接入分配功率。

以上对本申请提供的功率分配方法中，S202中第一功率P_H、第二功率P_M和第三功率P_L的具体推导过程进行了介绍。

一般情况下，授权频带的信道容量不会在短时间内发生变化。但是在实际场景中，信道容量要随时进行更新，上一时间帧授权频带对应信道的信道环境、信道状态等相关参数会对当前时间帧内的信道容量产生影响，即不同时序上的授权频带的数据彼此间存在某种程度上的关联。因此，功率分配装置能够根据一阶指数平滑模型将已经确定出的授权频带的平均有效容量进行平滑处理，从而可以根据当前时间帧搜集到的数据对未来时间帧内信道可能出现的环境、用户状态等实时信息进行预测。具体说明如下：

示例性地，结合图2，如图4所示，在本申请提供的功率分配方法中，在S202之后，还包括以下S401：

S401、功率分配装置对授权频带的平均有效容量进行平滑处理，确定最佳有效容量。

在一种可能的实现方式中，最佳有效容量满足以下公式23：

E{θ_t'}＝αE{θ_t-1}+(1-α)E{θ_t-1'}

其中，t表示时间帧的编号，E{θ_t'}为当前时间帧的最佳有效容量，E{θ_t-1}表示上一时间帧的平均有效容量，E{θ_t-1'}表示上一时间帧的最佳有效容量，α表示平滑系数(取值在0-1之间)。

示例性地，如图5所示，为基于本申请实施例提供的技术方案来进行仿真实验得出的授权频带的有效容量与现阶段方案的对比示意图。

如图5所示，在瑞利衰落信道下，可以看出，两种方案对应的授权频带的有效容量都会随着QoS时延指数的增大而减小，但是本申请提供的技术方案可获得更大的有效容量，由此能够证明本申请为第二用户分配的接入分配功率是较为合理的。

本申请实施例可以根据上述方法示例对功率分配装置进行功能模块或者功能单元的划分，例如，可以对应各个功能划分各个功能模块或者功能单元，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块或者功能单元的形式实现。其中，本申请实施例中对模块或者单元的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。

示例性的，如图6所示，为本申请实施例所涉及的一种功率分配装置的一种可能的结构示意图。该功率分配装置600包括：处理单元601。

处理单元601，用于确定第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态。

处理单元601，还用于根据所述第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态，确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率。

可选的，处理单元601，还用于在第一用户的信道忙闲状态为第一状态时，确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第二功率。

可选的，处理单元601，还用于在第一用户的信道忙闲状态为第二状态时，确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第一功率。

可选的，处理单元601，还用于在第一用户的信道忙闲状态为第三状态时，确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第二功率。

可选的，处理单元601，还用于在第一用户的信道忙闲状态为第四状态时，确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第三功率。

可选的，处理单元601，还用于根据第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态，确定第二用户的最大可达传输速率。

可选的，处理单元601，还用于根据第二用户的最大可达传输速率，确定授权频带的平均有效容量。

可选的，处理单元601，还用于根据授权频带的平均有效容量，确定第一功率、第二功率和第三功率。

可选的，功率分配装置600还可以包括存储单元(图6中以虚线框示出)，该存储单元存储有程序或指令，当处理单元602执行该程序或指令时，使得功率分配装置可以执行上述方法实施例所述的功率分配方法。

此外，图6所述的功率分配装置的技术效果可以参考上述实施例所述的功率分配方法的技术效果，此处不再赘述。

示例性地，图7为上述实施例中所涉及的功率分配装置的又一种可能的结构示意图。如图7所示，功率分配装置700包括：处理器702。

其中，处理器702，用于对该功率分配装置的动作进行控制管理，例如，执行上述处理单元601执行的步骤，和/或用于执行本文所描述的技术方案的其它过程。

上述处理器702可以是实现或执行结合本申请内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。该处理器可以是中央处理器，通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路，现场可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。所述处理器也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等。

可选地，功率分配装置700还可以包括通信接口703、存储器701和总线704。其中，通信接口703用于支持功率分配装置700与其他网络实体的通信。存储器701用于存储该功率分配装置的程序代码和数据。

其中，存储器701可以是功率分配装置中的存储器，该存储器可以包括易失性存储器，例如随机存取存储器；该存储器也可以包括非易失性存储器，例如只读存储器，快闪存储器，硬盘或固态硬盘；该存储器还可以包括上述种类的存储器的组合。

总线704可以是扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。总线704可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图7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。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的系统，装置和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本申请实施例提供一种包含指令的计算机程序产品，当所述计算机程序产品在本申请的电子设备上运行时，使得所述计算机执行上述方法实施例所述的功率分配方法。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有指令，当计算机执行该指令时，该本申请的电子设备执行上述方法实施例所示的方法流程中功率分配装置执行的各个步骤。

其中，计算机可读存储介质，例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘。随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、可擦式可编程只读存储器(Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM)、寄存器、硬盘、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的人以合适的组合、或者本领域数值的任何其他形式的计算机可读存储介质。一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于特定用途集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)中。在本申请实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种功率分配方法，其特征在于，所述方法包括：

确定第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态；其中，所述第一用户为被授权使用授权频带的用户，所述第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态用于表征所述第一用户对所述授权频带的使用状态；

根据所述第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态，确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率；其中，所述第二用户为未被授权使用授权频带的用户，所述第一时间帧的结束时刻为所述第二时间帧的起始时刻。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态包括第一状态、第二状态、第三状态和第四状态；所述第一状态为所述第一用户在所述第一时间帧内未使用所述授权频带，所述第二状态为所述第一用户在所述第一时间帧内由使用所述授权频带变为未使用所述授权频带，所述第三状态为所述第一用户在所述第一时间帧内持续使用所述授权频带，所述第四状态为所述第一用户在所述第一时间帧内由未使用所述授权频带变为使用所述授权频带。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二用户在第二时间帧内的接入分配功率包括第一功率、第二功率和第三功率；

所述根据所述第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态，确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率，具体包括：

若所述第一用户的信道忙闲状态为所述第一状态，则确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为所述第二功率；

若所述第一用户的信道忙闲状态为所述第二状态，则确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为所述第一功率；

若所述第一用户的信道忙闲状态为所述第三状态，则确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为所述第二功率；

若所述第一用户的信道忙闲状态为所述第四状态，则确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为所述第三功率。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态，确定所述第二用户的最大可达传输速率；

根据所述第二用户的最大可达传输速率，确定所述授权频带的平均有效容量；

根据所述授权频带的平均有效容量，确定所述第一功率、所述第二功率和所述第三功率。

5.一种功率分配装置，其特征在于，所述功率分配装置包括：处理单元；

所述处理单元，用于确定第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态；其中，所述第一用户为被授权使用授权频带的用户，所述第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态用于表征所述第一用户对所述授权频带的使用状态；

所述处理单元，还用于根据所述第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态，确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率；其中，所述第二用户为未被授权使用授权频带的用户，所述第一时间帧的结束时刻为所述第二时间帧的起始时刻。

6.根据权利要求5所述的功率分配装置，其特征在于，所述第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态包括第一状态、第二状态、第三状态和第四状态；所述第一状态为所述第一用户在所述第一时间帧内未使用所述授权频带，所述第二状态为所述第一用户在所述第一时间帧内由使用所述授权频带变为未使用所述授权频带，所述第三状态为所述第一用户在所述第一时间帧内持续使用所述授权频带，所述第四状态为所述第一用户在所述第一时间帧内由未使用所述授权频带变为使用所述授权频带。

7.根据权利要求6所述的功率分配装置，其特征在于，

所述处理单元，还用于在所述第一用户的信道忙闲状态为所述第一状态时，确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第二功率；

所述处理单元，还用于在所述第一用户的信道忙闲状态为所述第二状态时，确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第一功率；

所述处理单元，还用于在所述第一用户的信道忙闲状态为所述第三状态时，确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第二功率；

所述处理单元，还用于在所述第一用户的信道忙闲状态为所述第四状态时，确定第二用户在第二时间帧内的接入分配功率为第三功率。

8.根据权利要求7所述的功率分配装置，其特征在于，

所述处理单元，还用于根据所述第一用户在第一时间帧的信道忙闲状态，确定所述第二用户的最大可达传输速率；

所述处理单元，还用于根据所述第二用户的最大可达传输速率，确定所述授权频带的平均有效容量；

所述处理单元，还用于根据所述授权频带的平均有效容量，确定所述第一功率、所述第二功率和所述第三功率。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器以及存储器；其中，所述存储器用于存储计算机执行指令，当所述电子设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的所述计算机执行指令，以使所述电子设备执行权利要求1-4中任一项所述的功率分配方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括指令，当所述计算机可读存储介质中的指令由电子设备执行时，使得所述电子设备能够执行如权利要求1-4中任一项所述的功率分配方法。

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