基于多维资源自适应分配的协作认知传输方法技术

一种基于多维资源自适应分配的协作认知传输方法，其步骤为：(1)配置天线；(2)将传输周期t初始化为1；(3)授权发射机PT获取链路速率信息；(4)考虑公平性的中继选择；(5)时域、频域和空域的协作传输；(6)更新各认知中继STk的平均速率。本发明专利技术综合利用了时域、频域和空域进行资源联合共享的协作传输，提高了授权用户的传输性能，使认知用户获得了通信传输的机会，提高了频谱利用率。本发明专利技术基于认知用户历史平均速率进行调度权重的计算，选择调度权重最大的中继实现了公平中继选择，使得各认知用户均可得到公平的通信机会，获得认知系统生存时间、认知用户能量效率方面的性能提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信
，更进一步涉及协作认知无线电网络
中的一种 。该方法可以综合利用了时域、频域和空域 进行资源联合共享的协作传输，提高了授权用户的传输性能，使认知用户获得了通信传输 的机会，提高了频谱利用率。该方法可以在改善授权传输的前提下，使参与协作的认知用户 获得公平的调度，获得认知系统生存时间、认知用户能量效率方面的性能提升。
技术介绍
随着无线通信的快速发展，频谱资源稀缺和频谱利用率低的矛盾日益突出，如何 提高频谱利用率始终是无线通信研究的核心问题之一。认知无线电作为一种非常有前景的 提高频谱利用率的技术，自提出以来就受到人们广泛的关注和研究。最近将认知无线电和 协作通信技术相结合的协作认知无线电网络（Cooperativecognitiveradionetwork, CCRN)受到了人们的关注。在协作认知无线电网络中，没有通信资源的认知用户为了得到通 信机会，消耗一定的功率帮助授权用户转发信息，以此获得授权用户给予的一部分通信资 源，如时间、频率等作为回报，用于认知用户自身的数据传输。通过招募认知用户作为中继， 授权用户的传输得到改善，认知用户也获得了通信机会，从而实现授权与认知系统的"双 赢"，提高了频谱利用率。而关于通信资源如何分配的协作认知传输方法的设计是CCRN的关 键问题，现有的协作认知传输方法主要有一下几种： JingT，ZhuS,LiH，etal·在其发表的论文"Cooperativerelayselectionin cognitiveradionetworks''(//INF0C0M, 2013ProceedingsIEEE.IEEE, 2013:175-179)中公开了一种基于时分多址(TDMA)的三阶段协作传输方法。该方法在第一阶段授权用 户广播授权信息，第二阶段认知用户转发授权信息，第三阶段认知用户传输自身业务。该方 法存在的不足是:授权用户需要将一部分时间资源作为回报给认知用户，认知用户则在相 同的信道上交替地进行授权信息转发和自身数据发送，导致授权与认知业务的时延增加。SuW,MatyjasJD，BatalamaS.在其发表的论文"Activecooperationbetween primaryusersandcognitiveradiousersincognitivead-hocnetworks"（// AcousticsSpeechandSignalProcessing(ICASSP),2010IEEEInternational Conferenceon.IEEE,2010:3174-3177)中公开了一种基于频分多址(FDMA)的两阶段协作 传输方法。该方法通过将将授权用户的频谱资源划分为互不重叠的两部分，一部分用于授 权数据的传输，在该频带上，授权用户首先进行广播(第一阶段），然后认知用户在相同频带 上对授权信息进行转发(第二阶段）；另一部分作为认知用户协助授权通信的回报，认知用 户在该频带上持续进行自身数据的发送。该方法存在的不足是:授权用户需要牺牲一部分 带宽以换取认知用户的协助。MannaR，LouieRΗY，LiY，etal·在其发表的论文"Cooperativespectrum sharingincognitiveradionetworkswithmultipleantennas"（·Signal Processing，IEEETransactionson，2011，59( 11): 5509-5522)中公开了一种基于多输入 多输出(ΜΙΜΟ)的两阶段单中继协作传输方法，授权用户在第一阶段进行广播，第二阶段认 知用户采用空间复用的方式，实现授权与认知信息并发。该方法存在的不足是:该方法没有 考虑多个认知用户参与协作的场景，并且在信道质量差的情况下，通信质量严重下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于多维资源自适应分配 的协作认知传输方法，以多维资源的自适应分配，改善授权系统的传输，使认知用户获得公 平的调度，提高了频谱利用率。本专利技术实现的基本思路是，采用配置多天线的认知用户充当协作中继，综合利用 了时域、频域和空域进行资源动态共享。按照时隙划分因子将一个传输周期划分成两个阶 段，在第一阶段时，按照频带分配因子将授权用户带宽划分成互不重叠的两部分频带，授权 发射机和认知发射机分别利用该两部分频带中的一个，以频分多址的方式进行授权数据和 认知数据的无干扰的传输;在第二阶段时，认知发射机占据所有授权用户带宽，利用多天线 提供的空间复用能力，在向授权接收机转发数据的同时，进行认知传输。根据上述思路，本专利技术实现步骤包括如下： (1)配置天线： 将认知发射机配置多根天线，将授权发射机、授权接收机和认知接收机分别配置 单根天线； (2)将传输周期t初始化为1; (3)授权发射机PT获取链路速率信息： (3a)在协作认知传输系统的第t个传输周期中，授权发射机PT获取授权发射机PT到认知发射机STk的链路速率信息； (3b)认知发射机STk获取认知发射机STk到认知接收机SRk的链路速率信息，并将该 链路速率信息反馈给授权发射机PT; (3c)认知发射机STk根据认知发射机STk到授权接收机PR链路的预编码向量，获取 认知发射机STk到授权接收机PR的链路速率信息，并将该链路速率信息反馈给授权发射机 PT； (3d)认知发射机STk根据认知发射机STk到认知接收机SRk链路的预编码向量，获取 认知发射机STk到认知接收机SRk的链路速率信息，并将链路速率信息反馈给授权发射机PT;(3e)授权发射机PT确定认知发射机STk的时隙划分因子和频率分配因子的值； (3f)授权发射机PT根据认知发射机STk的时隙划分因子和频率分配因子的值得到 认知发射机STk作为中继时授权发射机PT到授权接收机PR的端到端等效链路速率和认知发 射机STk到认知接收机SRk的平均链路速率； (3g)判断授权发射机PT是否获取系统中所有链路的平均速率，若是，则执行步骤 (4)，否则，执行步骤(3a); (4)考虑公平性的中继选择： (4a)授权发射机PT根据授权传输速率和认知平均传输速率，确定各认知中继的调 度权重； (4b)从授权发射机PT从各认知中继的调度权重中，选择调度权重中最大的值所对 应的认知中继作为中继； (5)时域、频域和空域的协作传输： (5a)按照步骤4选择的认知中继的时隙划分因子值，将一个传输周期划分成两个 阶段； (5b)在第一个阶段，按照步骤4选择的认知中继的频带分配因子将授权用户带宽 划分成互不重叠的两部分频带，授权发射机占用该两部分频带中的任意一个将授权数据发 送给认知发射机;认知发射机占用该两部分频带的另外一个将认知数据发送给认知接收 机； (5c)在第二个阶段，认知发射机占用所有的授权带宽，利用多根天线的空间复用 能力，在转发授权数据给授权发射机的同时，将认知数据继续发送给认知接收机； (6)采用比例公平算法，授权发射机PT更新各认知中继STk的平均速率； (7)判断授权发射机是否发送完所有授权数据，若是，则执行步骤(8)，否则，将传 输周期t加1，执行步骤(3); (8)结束传输。本专利技术与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多维资源自适应分配的协作认知传输方法，包括步骤如下：(1)配置天线：将认知发射机配置多根天线，将授权发射机、授权接收机和认知接收机分别配置单根天线；(2)将传输周期t初始化为1；(3)授权发射机PT获取链路速率信息：(3a)在协作认知传输系统的第t个传输周期中，授权发射机PT获取授权发射机PT到认知发射机STk的链路速率信息；(3b)认知发射机STk获取认知发射机STk到认知接收机SRk的链路速率信息，并将该链路速率信息反馈给授权发射机PT；(3c)认知发射机STk根据认知发射机STk到授权接收机PR链路的预编码向量，获取认知发射机STk到授权接收机PR的链路速率信息，并将该链路速率信息反馈给授权发射机PT；(3d)认知发射机STk根据认知发射机STk到认知接收机SRk链路的预编码向量，获取认知发射机STk到认知接收机SRk的链路速率信息，并将链路速率信息反馈给授权发射机PT；(3e)授权发射机PT确定认知发射机STk的时隙划分因子和频率分配因子的值；(3f)授权发射机PT根据认知发射机STk的时隙划分因子和频率分配因子的值得到认知发射机STk作为中继时授权发射机PT到授权接收机PR的端到端等效链路速率和认知发射机STk到认知接收机SRk的平均链路速率；(3g)判断授权发射机PT是否获取系统中所有链路的平均速率，若是，则执行步骤(4)，否则，执行步骤(3a)；(4)考虑公平性的中继选择：(4a)授权发射机PT根据授权传输速率和认知平均传输速率，确定各认知中继的调度权重；(4b)从授权发射机PT从各认知中继的调度权重中，选择调度权重中最大的值所对应的认知中继作为中继；(5)时域、频域和空域的协作传输：(5a)按照步骤4选择的认知中继的时隙划分因子值，将一个传输周期划分成两个阶段；(5b)在第一个阶段，按照步骤4选择的认知中继的频带分配因子将授权用户带宽划分成互不重叠的两部分频带，授权发射机占用该两部分频带中的任意一个将授权数据发送给认知发射机；认知发射机占用该两部分频带的另外一个将认知数据发送给认知接收机；(5c)在第二个阶段，认知发射机占用所有的授权带宽，利用多根天线的空间复用能力，在转发授权数据给授权发射机的同时，将认知数据继续发送给认知接收机；(6)采用比例公平算法，授权发射机PT更新各认知中继STk的平均速率；(7)判断授权发射机是否发送完所有授权数据，若是，则执行步骤(8)，否则，将传输周期t加1，执行步骤(3)；(8)结束传输。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李钊，李意文，肖丽媛，丁汉清，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61