一种协作中继认知无线网络时隙分配方法组成比例

本发明专利技术涉及以一种协作中继认知无线网络时隙分配方法，依托协作中继认知无线网络，在认知网络传输时隙分配中，最优设计频谱感知时间、主用户传输时间、中继转发时间和频谱接入时间，合理选择工作模型，以获取最大的认知网络吞吐量。本发明专利技术采用上述两个手段达到了最优分配协作中继认知无线网络时隙，提高认知网络吞吐量的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信网络领域中的频谱感知与频谱接入时间设计技术，更具体地说涉及一种在无线信道环境下协作中继认知网络中的时隙分配方法。
技术介绍
随着无线通信业务的快速发展，不断增长的频谱需求和日益匮乏的频谱资源之间的矛盾越来越突出。将认知技术和协作中继引入无线网络中可以有效解决这一矛盾，协作中继认知无线网络得到了人们的青睐。在认知无线网络中，次用户(认知用户)首先感知自身周围的频谱环境。当他发现存在空闲频谱时，他将调整自身的工作参数，接入空闲频段，传输数据。同时，次用户不停地检测信道状态。一旦发现主用户(授权用户)在该频段上工作(存在)，次用户得必须立刻退出该频段以免干扰主用户的信号传输，然后寻找新的空闲频谱重新接入。为了得到最大的网络吞吐量(网络容量)，认知无线网络的频谱感知时间要尽可能的短，以增加频谱接入时间。但频谱感知时间越短，认知网络的频谱检测率越低，对主用户产生干扰的可能性就越大。现有的技术采用分散式Q-学习算法优化频谱感知与接入时间，或者采用最佳感知时间与功率优化分配策略，或者采用中继选择与功率优化分配策略来实现认知网络吞吐量的最大化。但在协作中继认知无线网络中，网络吞吐量除了与认知用户的频谱感知时间有关外，还与主用户的传输时间、中继节点的转发时间等因素有关。因此，如何合理分配协作中继认知无线网络的频谱感知时间、主用户传输时间、中继转发时间和频谱接入时间，以获取最大的网络吞吐量，成为设计协作中继认知无线网络时隙的一个主要难题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提出了一种具有最大吞吐量的协作中继认知网络时隙分配方法，根据认知网络的频谱检测率、次用户接收到信号的信噪比和系统抽样率，合理分配次用户的频谱感知时间，中继转发时间以及频谱接入时间，以最大化系统容量。为了达到上述目的，本专利技术一种协作中继认知无线网络时隙分配方法，包括如下步骤：第1步、网络系统配置，在协作中继认知网络中有一个主用户PT、一个主用户基站BS、一个次用户对：分别为次用户ST和次用户SR，次用户ST和次用户SR采用自适应调制进行数据的传输，数据传输率根据信道的质量自行动态调整；第2步、系统参数设置，主用户PT发射的功率为PPT，次用户ST发射的功率为PST，主用户PT与主用户基站BS间的信道增益为hpb，主用户PT与次用户ST间的信道增益为hps，次用户ST与主用户基站BS间的信道增益为hsb，次用户SR与次用户ST间的信道增益为hss，所有信道噪声功率均为N0，认知网络的传输时隙长度为T，系统抽样率为fs，系统频谱检测率为Pd；第3步、时隙分配，具体步骤如下：a1、根据认知网络系统参数和信道增益分别计算得到主用户传输时间t1和次用户ST中继转发时间t2a2、建立与频谱感知时间τ相关的函数其中，Q-1(x)为函数Q(x)的反函数，γ为次用户ST接收信号的信噪比；a3、计算具有最大网络吞吐量的频谱感知时间τ＝f-1(Z)式4其中，f-1(Z)为函数f(τ)的反函数，q为主用户的活动概率；第4步、次用户ST根据第3步计算的频谱感知时间τ对主用户PT信号进行检测；第5步、次用户ST依据频谱检测结果，选择不同的工作模型接入频谱，传输自己数据给次用户SR，以获取最大的认知网络吞吐量；当次用户检测到主用户PT存在时，次用户ST首先作为主用户PT的中继节点帮助主用户PT传输数据，等主用户PT工作完毕后再接入该频道工作，此时，整个系统传输的时隙T分成4部分：频谱感知时间τ，主用户PT将数据传输给次用户ST的时间t1，次用户ST向主用户基站BS中继主用户数据的时间t2，次用户ST传输自己数据给次用户SR的时间，即频谱接入时间为T-τ-t1-t2；当次用户ST检测不到主用户PT存在时，次用户ST即刻接入该频道工作，此时，整个系统传输的时隙T分成部分：感知时间τ和次用户ST传输自身数据给次用户SR的时间，即频谱接入时间为T-τ。本专利技术进一步的设计在于，步骤5中，工作模型的选择依据步骤4频谱检测结果选定。本专利技术进一步的设计在于，步骤5中，次用户接入频谱的时间根据选定的工作模型决定。本专利技术依托协作中继认知无线网络，在认知网络传输时隙分配中，最优设计频谱感知时间、主用户传输时间、中继转发时间和频谱接入时间，合理选择工作模型，以获取最大的认知网络吞吐量。本专利技术采用上述两个手段达到了最优分配协作中继认知无线网络时隙，提高认知网络吞吐量的目的。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。图1是协作中继认知无线电网络示意图。图2是主用户存在时的认知网络工作模型。图3是主用户不存在时的认知网络工作模型。图4是本专利技术实施例时隙分配流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。如图1所示为本实施例协作中继认知无线网络示意图，从图中可知，该网络中具有一个主用户对：主用户基站BS和主用户PT，一个次用户对：次用户ST、次用户SR，其中次用户ST为次用户发射机，次用户SR为次用户接收机。次用户ST和次用户SR采用自适应调制进行数据的传输，数据传输率根据信道的质量自行动态调整。本专利技术实施协作中继认知无线网络时隙分配方法(流程图见图3)，包括如下步骤：第1步、网络系统配置，在协作中继认知网络中有一个主用户发射机PT、一个主用户基站BS、一个次用户发射机ST和一个次用户接收机SR，主用户的授权频谱的归一化带宽为W。次用户采用自适应调制进行数据的传输，数据传输率根据信道的质量自行动态调整；本实施例中，主用户带宽为W＝10MHz。第2步、系统参数设置，主用户发射机功率为PPT，次用户ST发射的功率为PST，主用户与基站间的信道增益为hpb，主用户与次用户ST间的信道增益为hps，次用户ST与基站间的信道增益为hsb，次用户SR与次用户ST间的信道增益为hss，所有信道噪声功率均为N0，认知网络的传输时隙长度为T，系统抽样率为fs，系统频谱检测率为Pd；在本实例中：噪声功率N0＝10-3mW，主用户发射机功率PPT＝20mW，次用户ST发射的功率PST＝50mW，主用户与基站间的信道增益hpb＝0.01，主用户与次用户ST间的信道增益hps＝0.6，次用户ST与基站间的信道增益hsb＝0.6，次用户SR与次用户ST间的信道增益hss＝0.9，时隙长度T＝1000μs，系统抽样率fs＝100MHz。第3步、时隙分配，次用户ST在检测主用户是否存在时有四种可能：(1)主用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种协作中继认知无线网络时隙分配方法，包括如下步骤：第1步、网络系统配置，在协作中继认知网络中有一个主用户PT、一个主用户基站BS，和一个次用户对：分别为次用户ST和次用户SR，次用户ST和次用户SR采用自适应调制进行数据的传输，数据传输率根据信道的质量自行动态调整；第2步、系统参数设置，主用户PT发射的功率为PPT，次用户ST发射的功率为PST，主用户PT与主用户基站BS间的信道增益为hpb，主用户PT与次用户ST间的信道增益为hps，次用户ST与主用户基站BS间的信道增益为hsb，次用户SR与次用户ST间的信道增益为hss，所有信道噪声功率均为N0，认知网络的传输时隙长度为T，系统抽样率为fs，系统频谱检测率为Pd；第3步、时隙分配，具体步骤如下：a1、根据认知网络系统参数和信道增益分别计算得到主用户传输时间t1和次用户ST中继转发时间t2a2、建立与频谱感知时间τ相关的函数其中，Q‑1(x)为函数Q(x)的反函数，γ为次用户ST接收信号的信噪比；a3、计算具有最大网络吞吐量的频谱感知时间τ＝f‑1(Z)  式4其中，f‑1(Z)为函数f(τ)的反函数，q为主用户的活动概率；第4步、次用户ST根据第3步计算的频谱感知时间τ对主用户PT信号进行检测；第5步、次用户ST依据频谱检测结果，选择不同的工作模型接入频谱，传输自己数据给次用户SR，以获取最大的认知网络吞吐量；当次用户检测到主用户PT存在时，次用户ST首先作为主用户PT的中继节点帮助主用户PT传输数据，等主用户PT工作完毕后再接入该频道工作，此时，整个系统传输的时隙T分成4部分：频谱感知时间τ，主用户PT将数据传输给次用户ST的时间t1，次用户ST向主用户基站BS中继主用户数据的时间t2，次用户ST传输自己数据给次用户SR的时间，即频谱接入时间为T‑τ‑t1‑t2；当次用户ST检测不到主用户PT存在时，次用户ST即刻接入该频道工作，此时，整个系统传输的时隙T分成部分：感知时间τ和次用户ST传输自身数据给次用户SR的时间，即频谱接入时间为T‑τ。...

【技术特征摘要】
1.一种协作中继认知无线网络时隙分配方法，包括如下步骤：
第1步、网络系统配置，在协作中继认知网络中有一个主用户PT、一个主用户基站BS，和
一个次用户对：分别为次用户ST和次用户SR，次用户ST和次用户SR采用自适应调制进行数
据的传输，数据传输率根据信道的质量自行动态调整；
第2步、系统参数设置，主用户PT发射的功率为PPT，次用户ST发射的功率为PST，主用户PT
与主用户基站BS间的信道增益为hpb，主用户PT与次用户ST间的信道增益为hps，次用户ST与
主用户基站BS间的信道增益为hsb，次用户SR与次用户ST间的信道增益为hss，所有信道噪声
功率均为N0，认知网络的传输时隙长度为T，系统抽样率为fs，系统频谱检测率为Pd；
第3步、时隙分配，具体步骤如下：
a1、根据认知网络系统参数和信道增益分别计算得到主用户传输时间t1和次用户ST中
继转发时间t2a2、建立与频谱感知时间τ相关的函数
其中，Q-1(x)为函数Q(x)的反函数，γ
为次用户ST接收信号的信噪比；
a3、计算具有最大网络吞吐量的频谱感知时间
τ＝f-1(Z)式4
其中，
f-1(Z)为函数f(τ)的反函数，q为主用户的活动概率...

【专利技术属性】
技术研发人员：张士兵，郭欣，朱志佩，陈蒋婧娴，包志华，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32