认知网络中进行并传与协作的联合传输方法

摘要

本发明公开了应用于认知网络的一种并传与协作联合传输方法，主要解决现有的基于自动请求重传协议ARQ设计的传输策略在主用户信道条件好时次级用户获得的吞吐量小，且对主用户的吞吐量损失没有补偿的问题。其主要步骤是：1.次级用户设置发射功率，保证主用户的中断概率满足中断门限值；2.次级用户侦听主用户的反馈信息，判断当前时隙为首次传输时隙还是重传时隙；3.首次传输时隙，次级用户与主用户并传，获得吞吐量；4.重传时隙，次级用户为主用户中继，补偿并传时对主用户造成的干扰。本发明使主用户在获得最小吞吐量损失的前提下提高了次级用户的吞吐量，并对主用户的吞吐量损失有一定的补偿，可用于提高认知网络的传输效率。

主权项

一种认知网络中进行并传与协作的联合传输方法，包括以下步骤：(1)次级用户根据主用户的统计信道信息，设置自己的发射功率，使得次级用户与主用户并传时，保证主用户的中断概率满足中断门限值O_PU：(1a)每个次级用户SU根据主用户PU的统计信道信息、发射功率、中断门限值和速率要求，通过如下概率表达式计算出在与PU并传时的最大允许发射功率通过计算在与主用户并传时的最大允许发射功率$P\left(\frac{P_P|h_{PT,PR}{|}^2}{N_0+{\bar{P}}_{{\mathrm{ST}}_i}|h_{{\mathrm{ST}}_i,PR}{|}^2}<{\gamma }_P\right)=O_{PU},i=1,2,...,m,$其中，P_P为主用户的恒定发射功率，O_PU为主用户的中断门限值，N₀为背景噪声功率，|h_PT,PR|²为主用户的发射器PT到主用户的接收器PR的平均信道功率增益，为第i个次级用户的发射器ST_i到主用户的接收器PR的平均信道功率增益；γ_P为主用户数据包的解调门限值，为与主用户PU并传时ST_i的最大允许发射功率；上述概率表达式中为未知数，P_P，O_PU，N₀，γ_P，|h_PT,PR|²和均为已知量；在给定信道模型时，能得出的准确表达式；信道服从瑞利块衰落模型，将信道模型代入上述概率表达式中，次级用户SU得出${\bar{P}}_{{\mathrm{ST}}_i}=\left(\frac{P_P/d_{PT,PR}^{\alpha }}{{\gamma }_P/d_{{\mathrm{ST}}_i,PR}^{\alpha }}\right)\left(\frac{\exp \left(-\frac{{\gamma }_P{N}_0}{P_P/d_{PT,PR}^{\alpha }}\right)}{1-O_{PU}}-1\right),i=1,2,$其中,d_PT,PR表示主用户的发射器PT到主用户的接收器PR的距离，为第i个次级用户的发射器ST_i到主用户的接收器PR的距离，α表示路径损耗指数；(1b)结合次级用户的最大物理功率限制P_max，每个次级用户SU确定出在与主用户PU并传时的最终发射功率：$P_{{\mathrm{ST}}_i}^{\max }=\left\{\begin{array}{cc}{P}_{max},& {\bar{P}}_{{\mathrm{ST}}_i}\ge P_{max}\\ {\bar{P}}_{{\mathrm{ST}}_i},& {\bar{P}}_{{\mathrm{ST}}_i}<P_{max}\end{array}\right.,i=1,2,...m;$(2)次级用户侦听主用户接收器PR的确认应答或否定应答反馈信息，根据该反馈信息判断当前时隙为数据包的首次传输时隙还是重传时隙：如果上个时隙的反馈信息为确认应答，则判当前时隙为首次传输时隙，执行步骤(3)；如果上个时隙的反馈信息为否定应答，则判当前时隙为重传时隙，执行步骤(4)；(3)次级用户的接收器利用瞬时信道信息计算当前次级用户的信干噪比SINR_i：${\mathrm{SINR}}_i=\frac{P_{{\mathrm{ST}}_i}^{\max }|h_{{\mathrm{ST}}_i,{\mathrm{SR}}_i}{|}^2}{N_0+P_P|h_{PT,{\mathrm{SR}}_i}{|}^2},i=1,2,...m,$其中P_P和分别为主用户和次级用户的发射功率，m为次级用户的数目，N₀为背景噪声功率，PT为主用户的发射器，ST_i和SR_i分别表示第i个次级用户的发射器和接收器，为第i个次级用户SU_i的瞬时信道功率增益，为主用户的发射器PT到第i个次级用户接收器SR_i的瞬时信道功率增益；将SINR_i与次级用户数据包的解调门限值γ_S进行比较，如果SINR_i≥γ_S，则满足并传条件，将满足并传条件的次级用户SU放入集合D，将当前时隙的并传次级用户记作SU^*；如果D为空集，则所有次级用户SU均保持静默，侦听并尝试解码主用户PU的数据包；如果|D|＝1，即D中只有一个次级用户SU，则该次级用户SU在当前时隙与主用户PU进行并传，其他所有次级用户SU保持静默，侦听并尝试解码主用户PU的数据包；如果|D|>1，即D中有多个次级用户SU，则根据以下公式来选择并传次级用户SU^*：${\mathrm{SU}}^{*}=\underset{{\mathrm{SU}}_i\in D}{\mathrm{argmin}}\frac{T_i^{access}}{T_i^{relay}+1},i\in \{1,2,...m\},$其中，|D|为集合D的中元素数目，和分别用来记录第i个次级用户SU_i到当前时隙为止的并传次数和中继次数，SU^*表示当前时隙的并传次级用户；在当前时隙，并传次级用户SU^*与主用户PU并传，获得自己的吞吐量；未被选为并传次级用户SU^*的次级用户的发射器ST_i利用瞬时信道信息计算信干噪比其中ST^*为并传次级用户SU^*的发射器，表示空集，为并传次级用户SU^*的发射功率，为主用户发射器PT到第i个次级用户发射器ST_i的瞬时信道功率增益，为并传次级用户的发射器ST^*到第i个次级用户发射器ST_i的瞬时信道功率增益；将与主用户数据包的解调门限值γ_P进行比较，如果则表明ST_i能成功解码出主用户的数据包；返回步骤(2)，对余下的所有时隙次级用户侦听主用户接收器PR的反馈信息，并根据反馈信息执行相应操作；(4)在首次传输时隙解码出主用户数据包的次级用户发射器ST_i，利用瞬时信道信息计算中继信道的信噪比${\mathrm{SNR}}_{{\mathrm{ST}}_i,PR}=\frac{P_{max}|h_{{\mathrm{ST}}_i,PR}{|}^2}{N_0},$其中P_max为ST_i的最大物理功率限制，PR为主用户的接收器，为第i个次级用户的发射器ST_i到主用户的接收器PR的瞬时信道功率增益；将与主用户数据包的解调门限值γ_P进行比较，如果则表明ST_i满足中继条件，将满足中继条件的ST_i放入集合C，将当前时隙的中继节点记作ST^R；如果C为空集，则在重传时隙所有SU保持静默，PT重传数据包；如果|C|＝1，则进入集合C的次级用户的发射器ST作为主用户的中继节点ST^R，为主用户重传数据包，主用户和其他次级用户在当前时隙保持静默；如果|C|>1，即集合C中有多个ST满足中继条件，则利用如下公式确定主用户的中继节点ST^R：${\mathrm{ST}}^R=\underset{{\mathrm{ST}}_i\in C}{\mathrm{argmin}}\frac{T_i^{relay}}{T_i^{access}+1},$其中，|C|为集合C中的元素数目，在当前时隙，ST^R作为主用户的中继节点，传输主用户在首次传输时隙丢失的数据包，来弥补并传时次级用户对主用户造成的损失，主用户在当前时隙保持静默；返回步骤(2)，对余下的所有时隙次级用户侦听主用户接收器PR的反馈信息，并根据反馈信息执行相应操作。