張云鋒

摘 要：在對無線網(wǎng)絡的認知過程中，通常都會針對系統(tǒng)中的所有用戶能否接入信道，且在同一個信道內(nèi)進行通信的情況提出不同的聯(lián)合優(yōu)化方案。當然，系統(tǒng)運行存在可以運行和不可以運行兩種情況。在系統(tǒng)不能運行的情況下，提出的是優(yōu)化功率和接入控制的聯(lián)合方案，因為接入控制存在的NP問題，必須要利用提出的LP-PSO算法實現(xiàn)對其有效控制和有效優(yōu)化，并且在此過程中，還對其算法的收斂性特性進行分析和驗證；在系統(tǒng)可以運行的情況下，提出的是優(yōu)化功率和傳輸速度的聯(lián)合方案，因為改進拉格朗日對偶算法就可以對其實現(xiàn)最佳的優(yōu)化。由此可以看出，雖然提算法增加了程序的復雜度，但是它能夠在最短的時間內(nèi)實現(xiàn)收斂，并且還可以有效的降低能耗和資源的合理分配。

關鍵詞：認知無線網(wǎng)絡；功率和信道接入；聯(lián)合優(yōu)化

0 引言

中國的無線通信網(wǎng)絡發(fā)展逐漸普及化，資源也是越來越少，然而，在這種資源匱乏的時期，實現(xiàn)動態(tài)性的用戶訪問和授權(quán)頻譜的共享，是解決資源利用低這一大問題的最佳舉措。在利用功率控制技術不僅可以在一定范圍內(nèi)保障其他信號不會對其區(qū)域內(nèi)的信號傳輸造成干擾，而且還可以有效的降低能源的消耗和網(wǎng)絡容量的增加。因此，無線網(wǎng)絡中功率和信道接入的聯(lián)合優(yōu)化工作的開展勢在必行。

1 系統(tǒng)模型

在無線網(wǎng)絡的認知了解中，一般都會對一個PU或者是多個PU共存的上行通信鏈路系統(tǒng)運行原理有一個認知。PU和SU兩個之間與主基站和認知基站都是獨立地進行聯(lián)系。網(wǎng)絡中的一個PU和多個SU，假設信號參數(shù)受到路徑衰落的影響引起變化的情況下，應該對其路徑損壞的距離建立模型，并根據(jù)其關系式確定PU和SU所處的位置。

在主用戶和次用戶QOS約束的情況下，接入控制問題就是NP的問題。只要將次用戶的準入控制問題轉(zhuǎn)化為圖論問題，并且對其進行論證，那么，這個問題就相當于在有向完全圖中一定可以將最大的導出圖尋找出來。當然了，在這些導出圖中，子圖中每個邊的權(quán)重之和都遠遠低于指向節(jié)點的權(quán)重，也就是常說的用戶對主用戶的干擾值低于最低警戒線，是滿足了QOS的要求的。所以，在圖中找出最大導出出子圖是NP的問題。

2 聯(lián)合優(yōu)化

2.1 用戶接入和發(fā)射功率控制的優(yōu)化

2.1.1 實際點差

發(fā)射功率的控制因為一些限制性的因素導致其不能正常運行，如兩個用戶之間的信道接收信息量增多的共線，或者是具有十分高的相交線的關系；PU的干擾溫度最低限度較低，或者是次用戶的SINR相對比較高；在每個特定的時間，用戶數(shù)量已經(jīng)超出了配置的基站天數(shù)的數(shù)量。

2.1.2 核算方法

當然，為了能夠使問題得到及時、有效的處理，提出一種在線性規(guī)劃的粒子群優(yōu)化算法基礎上的核算方法。主要就是為了借助LP將次用戶的SINR約束轉(zhuǎn)化為發(fā)射功率的約束。該核算法包含兩個方面，即線性規(guī)劃函數(shù)和粒子群優(yōu)化核算法。線性規(guī)劃函數(shù)分為線性規(guī)劃優(yōu)化函數(shù)和約束函數(shù)，借助現(xiàn)行規(guī)劃的方式可以尋找最大的次用戶接入信道的信息量大小，由于在運行的過程中，主用戶和次用戶QOS的約束可行域是有一定局限性的，線性函數(shù)自身的范圍也是有限的，且存在最大值，因此，線性規(guī)劃的優(yōu)化函數(shù)雖然有限，但是，其一定會在某一個值上完成收斂；粒子群優(yōu)化在核算的過程中，如果權(quán)重因子、加速因子、ε1、ε2都處在一定的范圍內(nèi)，那么其全局都具有收斂。因此，在提出在線性規(guī)劃的粒子群優(yōu)化算法基礎上的核算方法的時候，就表明其具有收斂性的特性。

2.1.3 核算方法的復雜度分析

算法的時間復雜度主要指的就是要逐步的刪除SU時信息在交換過程中所產(chǎn)生的計算量大小。如果用戶的目標SINR不能夠獲得滿足，那么就要刪除SU為其帶來的復雜度；如果PU的SINR還是不能夠滿足核算標準，就必須要刪除SU為其帶來的復雜度，即NxsizexT，其中siz說的就是該種群中包含的個數(shù)，T就是迭代的次數(shù)多少。雖然在實驗中該地的復雜程度比較高，但是對某地區(qū)干擾約束的可行性驗證中可以看出，對其造成的影響在可控的范圍內(nèi)。如表1是算法復雜度分析表。

2.2 傳輸速率和功率分配的優(yōu)化

如果SU的數(shù)量相對比較少，或者是PU干擾溫度的極限值相對比較高，那么說明所有的SU都能夠?qū)崿F(xiàn)通信，同時也說明了，在這種情況下的系統(tǒng)是允許運行的。當整個系統(tǒng)在運行的過程中，各個用戶都希望能夠獲得數(shù)據(jù)的高速率傳輸，即QOS，主要是因為SU希望得到的是比SINR這個目標更高的。在單元網(wǎng)結(jié)構(gòu)中運行上行鏈路的優(yōu)化目標主要就是使發(fā)射功率達到最優(yōu)，下行鏈路的優(yōu)化目標主要就是使傳輸速率達到最優(yōu)，然而，在經(jīng)過對中國建設的無線網(wǎng)絡的認知之后，實現(xiàn)功率的最小化和傳輸速率的最大化都是最終的目的。因此，優(yōu)化目標就是要在滿足主用戶和次用戶QOS的這個大條件下，實現(xiàn)功率和速率的最優(yōu)化。同時，也可以利用SINR和傳輸功率之間存在的對應關系，改進拉格朗日對偶算法之后得到的最優(yōu)化值。

3 總結(jié)

綜上所述，在對無線網(wǎng)絡中功率和信道接入的聯(lián)合優(yōu)化的問題研究過程中，提出了用戶接入和發(fā)射功率控制和傳輸速率和功率分配的優(yōu)化方案。雖然接入控制是NP的問題，但是，本文提出的核算法是有利于降低功率和能耗，有利于資源合理分配的。因此，想要對該問題進行進一步的探究，就需要與MIMO該系統(tǒng)結(jié)合下進行聯(lián)合優(yōu)化的方案探究。

參考文獻

[1]朱江，杜清敏，巴少為.認知無線網(wǎng)絡中接入控制和功率波束形成的聯(lián)合優(yōu)化[J].計算機應用，2017，（7）：157.

（作者單位：河北吉訊通信技術有限公司）