本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地，涉及一種基于自適應(yīng)細(xì)菌覓食的認(rèn)知無線電功率控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

認(rèn)知無線電是一種有效解決無線通信技術(shù)發(fā)展和頻譜資源短缺之間矛盾的技術(shù)方案，而功率控制(資源分配)是其技術(shù)實現(xiàn)一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，有著十分重要的意義。下墊式頻譜共享模型是認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中一個非常重要的模型，受到廣泛的關(guān)注。

下墊式頻譜共享模型是一種授權(quán)用戶和非授權(quán)用戶共存的頻譜共享方式。即認(rèn)知用戶可以直接進(jìn)入授權(quán)用戶網(wǎng)絡(luò)，不用實時感知授權(quán)用戶是否存在，只需要對認(rèn)知用戶發(fā)射功率進(jìn)行干擾溫度的限制即可。

然而，由于移動終端設(shè)備能量有限(比如電池容量)，因此，對基于下墊式頻譜資源分配方法提出了更高的要求。傳統(tǒng)的基于下墊式頻譜資源分配方法大多針對靜態(tài)的通信情況，在功率控制的過程中，僅僅考慮了單一認(rèn)知用戶發(fā)射功率的情況，而沒有考慮所有認(rèn)知用戶的發(fā)射功率問題。這樣的資源分配方法的結(jié)果不能滿足實際的通信需求，同時導(dǎo)致分配結(jié)果需耗費大量的能量，縮短通信網(wǎng)絡(luò)的運行時間。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于自適應(yīng)細(xì)菌覓食的認(rèn)知無線電功率控制方法及系統(tǒng)，以解決因傳統(tǒng)的資源分配方法沒有考慮認(rèn)知用戶總的發(fā)射功率所導(dǎo)致分配結(jié)果需耗費較大的能量且縮短通信網(wǎng)絡(luò)的運行時間，不能滿足實際通信需求的問題。

本發(fā)明提供一種基于自適應(yīng)細(xì)菌覓食的認(rèn)知無線電功率控制方法，包括：

建立多用戶的下墊式分布式認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并設(shè)置認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的各參數(shù)的初值，以及自適應(yīng)細(xì)菌覓食算法的參數(shù)的初值；其中，認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的用戶包括授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶；

確定當(dāng)前認(rèn)知用戶發(fā)射功率是否滿足預(yù)設(shè)的約束條件；約束條件為：確定當(dāng)前認(rèn)知用戶發(fā)射功率是否達(dá)到預(yù)設(shè)的認(rèn)知用戶的通信標(biāo)準(zhǔn)，并且是否滿足預(yù)設(shè)的認(rèn)知用戶的發(fā)射功率約束，以及是否滿足對授權(quán)用戶的干擾約束；其中，

如果不滿足，則將當(dāng)前認(rèn)知用戶對應(yīng)的細(xì)菌進(jìn)行遷移操作，并確定進(jìn)行遷移操作后的細(xì)菌對應(yīng)的當(dāng)前認(rèn)知用戶發(fā)射功率是否滿足預(yù)設(shè)的約束條件；其中，一個細(xì)菌n個維度的位置代表n個認(rèn)知用戶的發(fā)射功率，n為正整數(shù)；

如果滿足，在所建立的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中隨機(jī)選擇一個區(qū)域，并在該區(qū)域中選擇預(yù)設(shè)個細(xì)菌，對所選擇的每個細(xì)菌進(jìn)行自適應(yīng)步長趨向操作；

將經(jīng)過自適應(yīng)步長趨向操作的所有細(xì)菌的食物濃度進(jìn)行比較，選擇所有細(xì)菌的食物濃度中的最小食物濃度與中心位置食物濃度進(jìn)行比較，如果最小食物濃度大于中心位置食物濃度，則對所選擇的每個細(xì)菌進(jìn)行自適應(yīng)步長趨向操作；否則，

對所選擇的每個細(xì)菌進(jìn)行聚群操作，并獲取所有細(xì)菌的食物濃度，通過比較所有細(xì)菌的食物濃度獲得最小食物濃度；其中，所述最小食物濃度指n個認(rèn)知用戶的發(fā)射功率之和中的最小值，中心位置食物濃度指每個認(rèn)知用戶在所述區(qū)域最大的發(fā)射功率之和。

與上述方法相對應(yīng)，本發(fā)明提供一種基于自適應(yīng)細(xì)菌覓食的認(rèn)知無線電功率控制系統(tǒng)，包括：

初值設(shè)置單元，用于建立多用戶的下墊式分布式認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并設(shè)置認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的各參數(shù)的初值，以及自適應(yīng)細(xì)菌覓食算法的參數(shù)的初值；其中，認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的用戶包括授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶；

約束條件判斷單元，用于確定當(dāng)前認(rèn)知用戶發(fā)射功率是否滿足預(yù)設(shè)的約束條件；約束條件為：確定當(dāng)前認(rèn)知用戶發(fā)射功率是否達(dá)到預(yù)設(shè)的認(rèn)知用戶的通信標(biāo)準(zhǔn)，并且是否滿足預(yù)設(shè)的認(rèn)知用戶的發(fā)射功率約束，以及是否滿足對授權(quán)用戶的干擾約束；

遷移操作單元，用于在約束條件判斷單元判斷出當(dāng)前認(rèn)知用戶發(fā)射功率不滿足預(yù)設(shè)的約束條件時，將當(dāng)前認(rèn)知用戶對應(yīng)的細(xì)菌進(jìn)行遷移操作；其中，一個細(xì)菌n個維度的位置代表n個認(rèn)知用戶的發(fā)射功率，n為正整數(shù)；

趨向操作單元，用于在約束條件判斷單元判斷出當(dāng)前認(rèn)知用戶發(fā)射功率滿足預(yù)設(shè)的約束條件時，在所建立的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中隨機(jī)選擇一個區(qū)域，并在區(qū)域中選擇預(yù)設(shè)個細(xì)菌，對所選擇的每個細(xì)菌進(jìn)行自適應(yīng)步長趨向操作；其中，趨向操作單元進(jìn)一步包括：

比較單元，用于將經(jīng)過自適應(yīng)步長趨向操作的所有細(xì)菌的食物濃度進(jìn)行比較，選擇所有細(xì)菌的食物濃度中的最小食物濃度與中心位置食物濃度進(jìn)行比較；其中，如果所有細(xì)菌的最小食物濃度大于中心位置食物濃度，則對所選擇的每個細(xì)菌進(jìn)行自適應(yīng)步長趨向操作；否則，對所選擇的每個細(xì)菌進(jìn)行聚群操作，獲取所有細(xì)菌的食物濃度，通過比較所有細(xì)菌的食物濃度獲取最小食物濃度；其中，最小食物濃度指n個認(rèn)知用戶的發(fā)射功率之和中的最小值，中心位置食物濃度指每個認(rèn)知用戶在所述區(qū)域最大的發(fā)射功率之和。

本發(fā)明提供的基于自適應(yīng)細(xì)菌覓食的認(rèn)知無線電功率控制方法及系統(tǒng)能夠保證授權(quán)用戶的通信質(zhì)量，同時避免認(rèn)知用戶發(fā)射功率過大對認(rèn)知設(shè)備所造成的不利影響，以使認(rèn)知用戶獲得較小的能量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)的運行時間，從而得到更好的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的頻譜利用率。

附圖說明

通過參考以下結(jié)合附圖的說明書的內(nèi)容，并且隨著對本發(fā)明的更全面理解，本發(fā)明的其它目的及結(jié)果將更加明白及易于理解。在附圖中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的基于自適應(yīng)細(xì)菌覓食的認(rèn)知無線電功率控制方法流程示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的基于自適應(yīng)細(xì)菌覓食的認(rèn)知無線電功率控制系統(tǒng)的邏輯框圖。

在所有附圖中相同的標(biāo)號指示相似或相應(yīng)的特征或功能。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

針對前述現(xiàn)有的資源分配方法需耗費較大的能量且縮短通信網(wǎng)絡(luò)的運行時間，不能滿足實際通信需求的問題，本發(fā)明首先建立一個多用戶的下墊式分布式認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并設(shè)置所述認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的各參數(shù)的初值，以及自適應(yīng)細(xì)菌覓食算法的參數(shù)的初值；然后判斷當(dāng)前認(rèn)知用戶發(fā)射功率是否滿足預(yù)設(shè)的約束條件，并利用自適應(yīng)細(xì)菌覓食算法對認(rèn)知用戶的功率進(jìn)行控制，以使認(rèn)知用戶的發(fā)射功率總和達(dá)到最小，從而避免認(rèn)知用戶發(fā)射功率過大對認(rèn)知設(shè)備所造成的不利影響，以使認(rèn)知用戶獲得較小的能量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)的運行時間，從而得到更好的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的頻譜利用率。

為說明本發(fā)明提供的基于自適應(yīng)細(xì)菌覓食的認(rèn)知無線電功率控制方法，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的基于自適應(yīng)細(xì)菌覓食的認(rèn)知無線電功率控制方法的流程。

如圖1所示，本發(fā)明提供的基于自適應(yīng)細(xì)菌覓食的認(rèn)知無線電功率控制方法包括：

s110：建立多用戶的下墊式分布式認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并設(shè)置認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的各參數(shù)的初值，以及自適應(yīng)細(xì)菌覓食算法的參數(shù)的初值；其中，認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的用戶包括授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶。

其中，在步驟s110中，在設(shè)置認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的各參數(shù)的初值的過程中，分別對認(rèn)知用戶的最大發(fā)射功率、認(rèn)知用戶的最小信噪比門限值、授權(quán)用戶的最低信噪比、認(rèn)知用戶的最大發(fā)射功率閾值，以及干擾溫度約束閾值進(jìn)行設(shè)置；在設(shè)置自適應(yīng)細(xì)菌覓食算法的參數(shù)的初值的過程中，分別對細(xì)菌趨向操作次數(shù)、細(xì)菌自適應(yīng)學(xué)習(xí)次數(shù)、細(xì)菌遷移次數(shù)、細(xì)菌聚群次數(shù)、細(xì)菌游動次數(shù)、細(xì)菌規(guī)模數(shù)和基本遷移概率進(jìn)行設(shè)置。

在本發(fā)明的一個示例中，為了提高頻譜效率，選擇一個多用戶的下墊式分布式認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)場景，設(shè)置m對授權(quán)用戶，n對認(rèn)知用戶。所有用戶的發(fā)射機(jī)上都有一根天線，可以通過彼此交換信息來實現(xiàn)功率控制。具體地，將認(rèn)知用戶的最大發(fā)射功率閾值設(shè)置為認(rèn)知用戶的最小信噪比門限值設(shè)置為授權(quán)用戶的最低信噪比設(shè)置為干擾溫度約束閾值設(shè)置為x^k＝0.2mw。

將細(xì)菌趨向操作次數(shù)設(shè)置為nc＝10、將細(xì)菌自適應(yīng)學(xué)習(xí)次數(shù)設(shè)置為ta＝4、將細(xì)菌遷移次數(shù)設(shè)置為ned＝2、將細(xì)菌聚群次數(shù)設(shè)置為nre＝3、將細(xì)菌游動次數(shù)設(shè)置為nre＝5、將細(xì)菌規(guī)模數(shù)設(shè)置為λ＝20和將基本遷移概率設(shè)置為pb＝0.25。

s120：確定當(dāng)前認(rèn)知用戶發(fā)射功率是否滿足預(yù)設(shè)的約束條件；約束條件為：確定當(dāng)前認(rèn)知用戶發(fā)射功率是否達(dá)到預(yù)設(shè)的認(rèn)知用戶的通信標(biāo)準(zhǔn)，并且是否滿足預(yù)設(shè)的認(rèn)知用戶的發(fā)射功率約束，以及是否滿足對授權(quán)用戶的干擾約束；其中，如果滿足執(zhí)行步驟s130，否則進(jìn)入步驟s150。

在s120中，在確定當(dāng)前認(rèn)知用戶發(fā)射功率是否滿足預(yù)設(shè)的約束條件的過程中，如果當(dāng)前認(rèn)知用戶發(fā)射功率小于或等于認(rèn)知用戶的最大發(fā)射功率閾值，并且認(rèn)知用戶的最小信噪比門限值大于或等于授權(quán)用戶的最低信噪比，以及小于或者等于干擾溫度約束閾值時，確定當(dāng)前認(rèn)知用戶發(fā)射功率滿足預(yù)設(shè)的約束條件；其中，代表所有認(rèn)知用戶對一個授權(quán)用戶的干擾，pⁱ指的是第i個認(rèn)知用戶的發(fā)射功率，h^ik代表信道增益。。

s130：在所建立的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中隨機(jī)選擇一個區(qū)域，并在區(qū)域中選擇預(yù)設(shè)個細(xì)菌，對所選擇的每個細(xì)菌進(jìn)行自適應(yīng)步長趨向操作；其中，一個細(xì)菌n個維度的位置代表n個認(rèn)知用戶的發(fā)射功率，n為正整數(shù)。

其中，在對所選擇的每個細(xì)菌進(jìn)行自適應(yīng)步長趨向操作的過程中，在區(qū)域中選擇第l個細(xì)菌，確定所選擇的第l個細(xì)菌是否小于細(xì)菌規(guī)模數(shù)，l為正整數(shù)；如果小于，則對第l個細(xì)菌進(jìn)行第j次趨向操作，j為正整數(shù)；否則，獲取第l個細(xì)菌n個維度位置的食物濃度中的最小食物濃度，第l個細(xì)菌n個維度位置的食物濃度中的最小食物濃度代表n個認(rèn)知用戶中的最小發(fā)射功率和；第l個細(xì)菌執(zhí)行第j次趨向操作，確定j是否大于設(shè)置的細(xì)菌趨向操作次數(shù)，如果大于，在該隨機(jī)選擇的區(qū)域中選擇第l+1個細(xì)菌進(jìn)行趨向操作；否則，對第l個細(xì)菌進(jìn)行旋轉(zhuǎn)操作，獲取旋轉(zhuǎn)操作后的第l個細(xì)菌n個維度位置的食物濃度，第l個細(xì)菌n個維度位置的食物濃度代表n個認(rèn)知用戶的發(fā)射功率和，如果第l個細(xì)菌n個維度位置的食物濃度變小，第l個細(xì)菌沿著旋轉(zhuǎn)方向游動，獲取第l個細(xì)菌n個維度位置的食物濃度中的最小食物濃度；對第l個細(xì)菌進(jìn)行自適應(yīng)學(xué)習(xí)：選擇第l個細(xì)菌n個維度位置的第i維的位置，第l個細(xì)菌n個維度位置的第i維的位置代表n個認(rèn)知用戶中的第i個認(rèn)知用戶，若i大于或等于n，獲取n個認(rèn)知用戶中的每個認(rèn)知用戶的最小發(fā)射功率；否則，對第l個細(xì)菌執(zhí)行自適應(yīng)步長學(xué)習(xí)，更新第i個認(rèn)知用戶的發(fā)射功率，確定自適應(yīng)學(xué)習(xí)次數(shù)是否達(dá)到設(shè)置的自適應(yīng)學(xué)習(xí)次數(shù)，如果是，則獲取n個認(rèn)知用戶中的每個認(rèn)知用戶的最小發(fā)射功率；否則，對第l個細(xì)菌循環(huán)執(zhí)行自適應(yīng)步長學(xué)習(xí)；確定n個認(rèn)知用戶的發(fā)射功率和是否不變或第l個細(xì)菌是否達(dá)到設(shè)置的游動次數(shù)，如果是，則對第l個細(xì)菌執(zhí)行第下一次趨向操作。

其中，通過下述公式獲取第l個細(xì)菌n個維度位置的食物濃度：

其中，g(p^l)指第l個細(xì)菌n維矢量的位置和，其中，第l個細(xì)菌n維矢量的位置和同時也代表n個認(rèn)知用戶的發(fā)射功率之和，p^l,i指第l個細(xì)菌在第i維的位置，同時也代表n個認(rèn)知用戶中的第i個認(rèn)知用戶的發(fā)射功率。

s140：將經(jīng)過自適應(yīng)步長趨向操作的所有細(xì)菌的最小食物濃度與中心位置食物濃度進(jìn)行比較，如果所有細(xì)菌的最小食物濃度大于中心位置食物濃度，則對所選擇的每個細(xì)菌進(jìn)行自適應(yīng)步長趨向操作；否則，對所選擇的每個細(xì)菌進(jìn)行聚群操作，并獲取所有細(xì)菌的食物濃度，通過比較所有細(xì)菌的食物濃度獲得最小食物濃度；其中，最小食物濃度指n個認(rèn)知用戶的發(fā)射功率之和中的最小值。

其中，由于認(rèn)知用戶設(shè)備受電池容量的限制，因此，可以通過認(rèn)知用戶的發(fā)射功率的最大值獲取中心位置食物濃度，也就是說，中心位置食物濃度是指每個認(rèn)知用戶在該區(qū)域最大的發(fā)射功率之和。

s150：將當(dāng)前認(rèn)知用戶對應(yīng)的細(xì)菌進(jìn)行遷移操作，并返回步驟s120。

其中，在將當(dāng)前認(rèn)知用戶對應(yīng)的細(xì)菌進(jìn)行遷移操作時，當(dāng)該細(xì)菌隨機(jī)分布到所建立的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的其他區(qū)域，并執(zhí)行上述步驟s120，當(dāng)細(xì)菌的遷移操作達(dá)到預(yù)設(shè)的次數(shù)時，獲取所有細(xì)菌的最小食物濃度。

與上述方法相對應(yīng)，本發(fā)明提供一種基于自適應(yīng)細(xì)菌覓食的認(rèn)知無線電功率控制系統(tǒng)，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的基于自適應(yīng)細(xì)菌覓食的認(rèn)知無線電功率控制系統(tǒng)的邏輯。

如圖2所示，本發(fā)明提供的基于自適應(yīng)細(xì)菌覓食的認(rèn)知無線電功率控制系統(tǒng)200包括初值設(shè)置單元210、約束條件判斷單元220、遷移操作單元230和趨向操作單元240。

其中，初值設(shè)置單元210用于建立多用戶的下墊式分布式認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并設(shè)置認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的各參數(shù)的初值，以及自適應(yīng)細(xì)菌覓食算法的參數(shù)的初值；其中，認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的用戶包括授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶。

約束條件判斷單元220用于確定當(dāng)前認(rèn)知用戶發(fā)射功率是否滿足預(yù)設(shè)的約束條件；所述約束條件為：確定當(dāng)前認(rèn)知用戶發(fā)射功率是否達(dá)到預(yù)設(shè)的認(rèn)知用戶的通信標(biāo)準(zhǔn)，并且是否滿足預(yù)設(shè)的認(rèn)知用戶的發(fā)射功率約束，以及是否滿足對授權(quán)用戶的干擾約束。

遷移操作單元230用于在約束條件判斷單元220判斷出當(dāng)前認(rèn)知用戶發(fā)射功率不滿足預(yù)設(shè)的約束條件時，將當(dāng)前認(rèn)知用戶對應(yīng)的細(xì)菌進(jìn)行遷移操作；其中，一個細(xì)菌n個維度的位置代表n個認(rèn)知用戶的發(fā)射功率，n為正整數(shù).

趨向操作單元240，用于在約束條件判斷單元220判斷出當(dāng)前認(rèn)知用戶發(fā)射功率滿足預(yù)設(shè)的約束條件時，在所建立的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中隨機(jī)選擇一個區(qū)域，并在該區(qū)域中選擇預(yù)設(shè)個細(xì)菌，對所選擇的每個細(xì)菌進(jìn)行自適應(yīng)步長趨向操作；其中，趨向操作單元240進(jìn)一步包括：

比較單元241用于將經(jīng)過自適應(yīng)步長趨向操作的所有細(xì)菌的食物濃度進(jìn)行比較，選擇所有細(xì)菌的食物濃度中的最小食物濃度與中心位置食物濃度進(jìn)行比較；其中，如果所有細(xì)菌的最小食物濃度大于中心位置食物濃度，則對所選擇的每個細(xì)菌進(jìn)行自適應(yīng)步長趨向操作；否則，對所選擇的每個細(xì)菌進(jìn)行聚群操作，獲取所有細(xì)菌的食物濃度，通過比較所有細(xì)菌的食物濃度獲取最小食物濃度；其中，最小食物濃度指n個認(rèn)知用戶的發(fā)射功率之和中的最小值，中心位置食物濃度指每個認(rèn)知用戶在該區(qū)域最大的發(fā)射功率之和。

通過上述可知，本發(fā)明提供的基于自適應(yīng)細(xì)菌覓食算法的認(rèn)知無線電功率控制方法及系統(tǒng)能夠保證授權(quán)用戶的通信質(zhì)量，避免認(rèn)知用戶發(fā)射功率過大對認(rèn)知設(shè)備所造成的不利影響，以使認(rèn)知用戶獲得較小的能量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)的運行時間，從而得到更好的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的頻譜利用率。

如上參照附圖以示例的方式描述了根據(jù)本發(fā)明的基于自適應(yīng)細(xì)菌覓食算法的認(rèn)知無線電功率控制方法及系統(tǒng)。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對于上述本發(fā)明所提出的基于自適應(yīng)細(xì)菌覓食算法的認(rèn)知無線電功率控制方法及系統(tǒng)，還可以在不脫離本發(fā)明內(nèi)容的基礎(chǔ)上做出各種改進(jìn)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)由所附的權(quán)利要求書的內(nèi)容確定。