一種應用于認知無線電系統(tǒng)中的認知用戶信息傳輸方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于認知無線電技術，特別涉及一種應用于認知無線電系統(tǒng)中的認知用戶 信息傳輸方法。
【背景技術】
[0002] 傳統(tǒng)的靜態(tài)頻譜分配體制，使頻譜資源的利用出現(xiàn)了浪費。認知無線電 (Cognitive Radio)是專門解決無線電頻譜資源短缺與低效利用問題的方法。與傳統(tǒng)的頻 譜利用方法相比，認知無線電的優(yōu)勢在于它使用動態(tài)頻譜接入方式。即在不影響授權頻帶 用戶（也稱主用戶PU，primary users)正常通信的情況下，非授權用戶（也稱次用戶SU， secondary users，或認知用戶，cognitive users)智能地感知主用戶暫時未使用的空閑頻 譜（也稱頻譜空穴），通過接入空閑頻譜進行認知用戶間的通信，從而實現(xiàn)主、認知用戶間 的頻譜資源共享，提高無線頻譜的利用率。然而，在認知無線電網絡中，由于不完美頻譜感 知的存在，主次用戶間會有相互干擾，這將降低主、次用戶系統(tǒng)性能。
[0003] 協(xié)作技術可以有效改善頻譜感知和認知用戶信息傳輸性能。對于協(xié)作技術 改善認知用戶信息傳輸性能的研究，文獻《認知無線電網絡中多中繼輔助的認知傳輸》 (Y. L. Zou, Y. D. Yao, B. Y. Zheng. ^Cognitive transmissions with multiple relays in cognitive radio networks"，IEEE Trans, on Wireless Commun. , vol. 10,no.2, pp. 648-659, 2011)提出的單向中繼輔助的認知用戶源節(jié)點與目的節(jié)點通信方案，與直接傳 輸方案相比，獲得了更低的認知用戶通信中斷概率。然而，在實際收發(fā)信機半雙工工作模 式的條件下，單向協(xié)作中繼技術的頻譜效率受到限制，尤其是實現(xiàn)兩個終端用戶之間的雙 向信息交換時，傳統(tǒng)的單向中繼需要四個時隙。因此，雙向中繼技術被引入認知無線網絡。 文獻《認知OFDMA網絡中的頻譜租賃和協(xié)作資源分配》（M. Tao, Y. Liu. "Spectrum leasing and cooperative resource allocation in cognitive OFDMA networks"，Journal of Communications and Networks, vol. 15, no. 1，pp. 102-110, 2013)的研究表明，主、次用戶 通過雙向中繼協(xié)作，完成各自信息傳輸，可以使主、次用戶的系統(tǒng)性能都得到提升。
[0004] 以上提到的協(xié)作方案，都是基于固定中繼的協(xié)作，即中繼總是參與源節(jié)點和目的 節(jié)點之間的通信，而不考慮這種中繼協(xié)作是否適合實際的網絡狀況，如源和目的節(jié)點之 間的直接鏈路質量、系統(tǒng)帶寬的限制或數(shù)據(jù)速率的需求。文獻《下墊式認知網絡中瑞利 信道下選擇性協(xié)作性能分析》（S. I. Hussain, Μ. M. Abdallah, M.-S Alouini, M. Hasna, and K. Qaraqe, "Performance analysis of selective cooperation in underlay cognitive networks over Rayleigh channels,'，in Proc.2011IEEE International Workshop on Signal Processing Advances in Wireless Communications,pp. 116-120, 2011)石開 究表明，基于固定中繼的協(xié)作，存在浪費系統(tǒng)資源的可能性，尤其是當源、目的節(jié)點間的 信道質量很好的時候。為此，有研究者提出考慮實際網絡狀況的自適應認知用戶信息 傳輸方法。文獻《認知無線電中選擇性協(xié)作的分集復用折中性能》（Y. Zou, Y. Yao, and B.Zheng, "Diversity-multiplexing tradeoff in selective cooperation for cognitive radio, y, IEEE Trans. Commun. , vol. 60, no. 9, pp. 2467-2481, Sept. 2012)和文 獻《下墊式認知無線電網絡中的混合協(xié)作》（Ν· H. Mahmood, F. Yilmaz, G. E. Oien, and M. -S. Alouini, "On hybrid cooperation in underlay cognitive radio networks, '，IEEE Trans. Wireless Commun.，vol. 12, no. 9, pp. 4422-4433, Sept. 2013)分別提出 了基于 ACK 的選擇性協(xié)作方案和混合協(xié)作方案。在這兩個方案中，系統(tǒng)中存在單向中繼，但它僅在認知 源節(jié)點到目的節(jié)點的直接鏈路傳輸失敗后，才被激活，用以輔助源到目的節(jié)點的通信。這 兩種自適應方案結果顯示，系統(tǒng)中斷概率和分集復用折中性能都好于基于固定中繼協(xié)作 的方案。文獻《基于自適應雙向中繼的填充式認知無線系統(tǒng)》（A. Hyadi, E.-M. Driouch, W. Ajib, and M.-S. Alouini, uOverlay cognitive radio systems with adaptive two-way relaying, " 2013IEEE Global Communications Conference(GLOBECOM), pp. 937-942, 9-13 Dec. 2013)提出了自適應雙向中繼傳輸方案，即認知雙向中繼根據(jù)是否成功解碼所接收信 息，選擇解碼前傳或放大前傳中繼方式。結果表明，此自適應傳輸方案比單純的解碼前傳和 放大前傳方案，獲得了更好的中斷概率性能。綜上可見，考慮網絡實際狀況的各種自適應協(xié) 作傳輸方法，比固定中繼協(xié)作，在性能上具有明顯的優(yōu)勢。
[0005] 本發(fā)明也屬于自適應協(xié)作傳輸方法。與以上已有方法不同的是，在源節(jié)點和目的 節(jié)點之間的直接鏈路傳輸失敗時，單向和雙向中繼兩種方式被分別選擇（已有方法僅采用 一種中繼方式），保證源和目的節(jié)點之間的信息交換，在3個時隙內完成。這種方法，比利 用純粹的單向中繼傳輸，完成雙向信息交換所需的4個時隙，節(jié)省了 1個時隙。而與純粹的 雙向中繼傳輸，完成雙向信息交換所需的3個時隙，一樣多，沒有增加額外開銷。更重要的 是，在源和目的節(jié)點之間的直接鏈路傳輸成功時，只要2個時隙就可完成雙向信息交換，從 而充分利用了源和目的節(jié)點之間的直接鏈路。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種應用于認知無線電系統(tǒng)中的，可以根據(jù)非中繼直接傳 輸鏈路信道質量，自適應進行認知中繼選擇的協(xié)作雙向信息傳輸方法，以降低認知用戶信 息傳輸?shù)闹袛喔怕剩纳品旨瘡陀谜壑行阅堋?br>[0007] 本發(fā)明的技術方案。
[0008] -種應用于認知無線電系統(tǒng)中的認知用戶信息傳輸方法，具體步驟如下：
[0009] (1)認知用戶進行頻譜感知，檢測到主用戶未使用的空閑頻譜后，認知用戶SUJP 認知用戶SUjlj用此空閑頻譜進行信息傳輸，完成彼此之間的信息交換。
[0010] (2)認知用戶SU1首先利用與認知用戶SU2之間的直接鏈路發(fā)信息給認知用戶su 2， 并對所發(fā)信息進行循環(huán)冗余編碼。認知用戶SU2接收后，進行循環(huán)碼的解碼，如果解碼正確， 則反饋一個應答（acknowledgement)信號給認知用戶SU 1和認知中繼CR，認知中繼CR包括 單向中繼CR1和雙向中繼CR 2。此時，認知用戶SU2接收信息為
[0011]
[0012] 其中PjP P ^別表示認知用戶SU^主用戶PU的發(fā)射功率，h12(k)和hp2(k)表示 在此認知用戶通信的第k個時隙里，認知用戶SU1到認知用戶SU 2的信道系數(shù)，h p2表示第k 個時隙PU到SU2的信道系數(shù)，X i (k，1)和Xp (k，1)分別表示認知用戶SU^主用戶PU在第k 個時隙的第1個子階段發(fā)送的信息，n2(k，1)表示第k個時隙第1個子階段認知用戶SUdi 收到的高斯白噪聲，其方差為N。。由此得到，認知用戶SU2接收到的信號干擾噪聲比（SINR) 為
[0013]
[0014] 其中Y1= P/N。，γp= P P/N。。Ihp2I2Yp表示來自主用戶的干擾，由對主用戶的 誤檢引起（即感知結果為主用戶不存在而實際主用戶存在）。如果不存在對主用戶的誤檢 (即感知結果為主用戶不存在而實際主用戶也確實未占用頻譜），則認知用戶31] 2的接收信 噪比（SNR)為SNR2= I h 1212 γ i。另一方面，如果認知用戶SU2進行循環(huán)碼解碼時，解碼失敗， 則不反饋應答信號給認知用戶SU1和雙向中繼CR。<