本发明专利技术公开了一种下一代移动通信中认知无线电网络用户协作传输方法，将主系统带宽释放一部分频谱供次级系统使用，将数据传输时隙划分为两个子时隙，在第一个子时隙时由主发送用户将主信号进行广播至主接收用户和次级用户，从次级用户中筛选出最优次级用户，然后在第二个子时隙，由最优次级用户将主信号中继发送给主接收用户，主接收用户对所接收到的主信号进行接收合并；在整个数据传输时隙，当需要向次级用户发送下行数据时，中心控制器调用主系统和次级系统以数据分流方式向该次级用户发送数据。本发明专利技术将次级用户作为中继协作进行主信号传输，从主系统换取部分频谱供次级用户进行数据分流，从而降低次级能耗，提高次级传输的能量效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于下一代移动通信中认知无线电网络
，更为具体地讲，涉及一种下一代移动通信中认知无线电网络用户协作传输方法。
技术介绍
通信技术的发展蒸蒸日上，移动通信系统经历了从1G到4G的不断演进。移动通信支持的数据速率从1G时代的几kbit/s到现在5G标准的Gbit/s数量级。随着物联网(Internet-of-things)和M2M(machine-to-machine)通信的快速发展，通过无线连接的设备数量将会是现在的10-100倍左右。密集的网络部署和超高的数据速率要求使得能耗问题成为应该考虑的重要因素。第四代移动通信网络(4G)在数据速率、网络容量、频谱等各个方面已经不能满足用户的需求，第五代移动通信网络(5G)在满足客户需求方面做了很大改进。低时延、高速率、低能耗等是5G将要面临的挑战。5G潜在的关键技术包括：D2D通信、大规模MIMO、超密集异构部署、绿色通信。绿色通信旨在提高通信网络的能源使用率、明显降低网络能耗。低功耗是未来移动通信系统的一个重要设计目标。为达成绿色通信的目的，学术界、产业界、以及一些国际组织纷纷加入，积极推动通信节能方法的研究。而无线接入网的能耗占有很大的比重，因此对现有的无线接入技术和网络结构进行改进，对实现绿色通信有很大的促进作用。文献“侯延昭,陶小峰.面向绿色无线通信的基站体系结构[J].中兴通讯技术,2010,16(6):16-19.”中提出了一种基于软件无线电的基站体系结构，能够很好提高通信系统的能效。文献“张武雄,胡宏林,杨旸.基于协同覆盖的绿色无线网络技术[J].中兴通讯技术,2010,16(6):4-7.”研究了在协同覆盖的网络条件下，基站的协同，达到整体节能，同时满足服务质量。文献“IsmailM,SerpedinE,QaraqeK.Awin-wincooperativedownlinkresourceallocationforgreencommunicationsinaheterogeneouswirelessmedium[C]//GlobecomWorkshops(GCWkshps),2014.IEEE,2015.”探讨异构无线网的下行绿色通信，覆盖重叠的基站相互协作通过高效的功率分配到具有多点接入功能的移动终端来节约能源。文献“FuL,ZhangYJA,HuangJ.EnergyEfficientTransmissionsinMIMOCognitiveRadioNetworks[J].IEEEJournalonSelectedAreasinCommunications,2013,31(11):2420-2431.”中，FuL等人研究了在MIMO技术的帮助下，认知无线电网络的节能传输，满足次级用户速率要求和主接收器的干扰限制的条件下，最小化次级用户的总能量消耗。文献“YangC,YueJ,ShengM,etal.Tradeoffbetweenenergy-efficiencyandspectral-efficiencybycooperativeratesplitting[J].JournalofCommunications&Networks,2014,16(16):121-129.”研究了一种协作速率分解方法，以此来达到能量效率和频谱效率的平衡。文献“张平,崔琪楣,侯延昭,等.移动大数据时代:无线网络的挑战与机遇[J].科学通报(中文版),2015,60(5/6):433-438.”中张平等人提出了利用移动大数据，分析用户习惯、移动性、业务特征等相关信息，通过对用户行为进行预测，从而为绿色通信提供参考，网络侧可以更好地掌握不同区域的用户业务需求，完成基站的智能化部署，动态分配资源，达到无线网络低能耗的目的。与此同时，EARTH、TREND、3GPP、ITU等国际组织也在积极推动绿色通信的发展。在下一代移动通信中存在多个技术分支，其中认知无线电网络被认为是一种能够有效节约频谱资源的通信技术，由于当前频谱资源日趋紧张，使得认知无线电网络逐渐受到重视。在认知无线电中，当主用户空闲的情况下，运行次级用户访问许可的频谱，这样就可以大大地提高频谱利用率。图1是认知无线电网络结构示意图。如图1所示，典型的认知无线电网络中，包括中心控制器、主系统RAT2和次级系统RAT1，其中主系统RAT2中包括一个主发送用户PU(TX)、一个主接收用户PU(RX)，通过主基站PBS进行通信，主系统的通信带宽记为W2；次级系统中包括若干个用于中继的具有多点接入功能的次级用户MUEi，通过次级基站SBS进行通信，次级系统的通信带宽记为W1。假设主发送用户PU(TX)的发射信号是SPU，发射功率为EPU(dBm)，数据速率为RP(bps)；假设次级用户中，有一个次级用户SU需要进行下行通信，次级基站SBS到该次级用户SU的发射信号为SSU，发射功率为ESBS(dBm)，数据速率为RS(bps)。图2是认知无线电网络中现有传输方法的时隙结构图。如图2所示，在时隙Tk里，当主用户之间需要通信时，主用户和次级用户是分别采用主系统RAT2和次级系统RAT1进行通信。根据香农定理，当主用户和次级用户的传输速率要求较高的时候，基站的能量消耗呈指数增加。不利于实现绿色通信。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种下一代移动通信中认知无线电网络用户协作传输方法，通过将次级用户作为中继协作进行主信号传输，从主系统换取部分频谱供次级用户进行数据分流，从而降低次级能耗，提高次级传输的能量效率。为实现上述专利技术目的，本专利技术所针对的下一代移动通信中认知无线电网络中包括中心控制器、主系统RAT2和次级系统RAT1，其中主系统中的主用户通过主基站PBS进行通信，次级系统中的次级用户通过次基站SBS进行通信，主系统的通信带宽记为W2，次级系统的通信带宽记为W1，认知无线电网络用户协作传输方法包括以下步骤：将主系统RAT2的带宽W2释放一部分频谱供次级系统使用，将数据传输时隙Tk划分为两个子时隙Tk,1和Tk,2；在子时隙Tk,1，主发送用户PU(TX)通过主基站PBS广播主信号SPU至主接收用户PU(RX)和次级用户MUEi，其中i＝1,...,M，M表示次级用户数量；每个次级用户MUEi对所接收的主信号SPU进行解码，如果解码成功则向主发送用户PU(TX)发送确认信号，并向认知无线电网络的中心控制器发送参与协作信号，如果解码不成功，则不作任何操作；中心控制器在子时隙Tk,1结束时，对已接收到参与协作信号的次级用户MUEi，实时测试每个次级用户MUEi到主接收用户PU(RX)的信噪比，筛选信噪比最大的次级用户MUEi作为最佳次级用户MUEbest，向其发送协作传输指令，如果中心控制器没有接收到参与协作信号，则不作任何操作；在子时隙Tk,2，如果主发送用户PU(TX)在子时隙Tk,1收到次级用户MUEi发送的确认信号，则不作任何操作，否则通过主基站PBS将主信号SPU重传至主接收用户PU(RX)；如果在子时隙Tk,1最佳次级用户MUEbest接收到协作传输指令，则在子时隙Tk,2作为中继将其在子时隙Tk,1接收到的主信号SPU转发给主接收用户PU(RX)，如果没有本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种下一代移动通信中认知无线电网络用户协作传输方法，认知无线电网络中包括中心控制器、主系统RAT2和次级系统RAT1，其中主系统中的主用户通过主基站PBS进行通信，次级系统中的次级用户通过次级基站SBS进行通信，主系统的通信带宽记为W2，次级系统的通信带宽记为W1，其特征在于，将主系统RAT2的带宽W2释放一部分频谱供次级系统使用，将数据传输时隙Tk划分为两个子时隙Tk,1和Tk,2；在子时隙Tk,1，主发送用户PU(TX)通过主基站PBS广播主信号SPU至主接收用户PU(RX)和次级用户MUEi，其中i＝1,...,M，M表示次级用户数量；每个次级用户MUEi对所接收的主信号SPU进行解码，如果解码成功则向主发送用户PU(TX)发送确认信号，并向中心控制器发送参与协作信号，如果解码不成功，则不作任何操作；中心控制器在子时隙Tk,1结束时，对已接收到参与协作信号的次级用户MUEi，实时测试每个次级用户MUEi到次主接收用户PU(RX)的信噪比，筛选信噪比最大的次级用户MUEi作为最佳次级用户MUEbest，向其发送协作传输指令，如果中心控制器没有接收到参与协作信号，则不作任何操作；在子时隙Tk,2，如果主发送用户PU(TX)在子时隙Tk,1收到次级用户MUEi发送的确认信号，则不作任何操作，否则通过主基站PBS将主信号SPU重传至主接收用户PU(RX)；如果在子时隙Tk,1最佳次级用户MUEbest接收到协作传输指令，则在子时隙Tk,2作为中继将其在子时隙Tk,1接收到的主信号SPU转发给主接收用户PU(RX)，如果没有任何次级用户接收到协作传输指令，则不作任何操作；主接收用户PU(RX)将其在子时隙Tk,1、Tk,2内接收到的所有主信号SPU进行接收合并，对合并后的信号进行解码；在整个数据传输时隙Tk内，当需要向次级用户发送下行数据时，中心控制器调用主系统RAT2和次级系统RAT1以数据分流方式向该次级用户发送数据。...
【技术特征摘要】
1.一种下一代移动通信中认知无线电网络用户协作传输方法，认知无线电网络中包括中心控制器、主系统RAT2和次级系统RAT1，其中主系统中的主用户通过主基站PBS进行通信，次级系统中的次级用户通过次级基站SBS进行通信，主系统的通信带宽记为W2，次级系统的通信带宽记为W1，其特征在于，将主系统RAT2的带宽W2释放一部分频谱供次级系统使用，将数据传输时隙Tk划分为两个子时隙Tk,1和Tk,2；在子时隙Tk,1，主发送用户PU(TX)通过主基站PBS广播主信号SPU至主接收用户PU(RX)和次级用户MUEi，其中i＝1,...,M，M表示次级用户数量；每个次级用户MUEi对所接收的主信号SPU进行解码，如果解码成功则向主发送用户PU(TX)发送确认信号，并向中心控制器发送参与协作信号，如果解码不成功，则不作任何操作；中心控制器在子时隙Tk,1结束时，对已接收到参与协作信号的次级用户MUEi，实时测试每个次级用户MUEi到次主接收用户PU(RX)的信噪比，筛选信噪比最大的次级用户MUEi作为最佳次级用户MUEbest，向其发送协作传输指令，如果中心控制器没有接收到参与协作信号，则不作任何操作；在子时隙Tk,2，如果主发送用户PU(TX)在子时隙Tk,1收到次级用户MUEi发送的确认信号，则不作任何操作，否则通过主基站PBS将主信号SPU重传至主接收用户PU(RX)；如果在子时隙Tk,1最佳次级用户MUEbest接收到协作传输指令，则在子时隙Tk,2作为中继将其在子时隙Tk,1接收到的主信号SPU转发给主接收用户PU(RX)，如果没有任何次级用户接收到协作传输指令，则不作任何操作；主接收用户PU(RX)将其在子时隙Tk,1、Tk,2内接收到的所有主信号SPU进行接收合并，对合并后的信号进行解码；在整个数据传输时隙Tk内，当需要向次级用户发送下行数据时，中心控制器调用主系统RAT2和次级系统RAT1以数据分流方式向该次级用户发送数据。2.根据权利要求1所述的认知无线电网络用户协作传输方法，其特征在于，所述将主系统的带宽W2释放一部分频谱供次级用户使用时，记释放频谱后保留频谱的带宽占W2的比例为θ，θ值根据以下算法确定：S2.1：令迭代次数d＝1，设置步长初始值τ0，其中0＜τ0＜1，并计算得到主中断概率参考值Pouttra：Pouttra=1-e-σn2αtraEPUσPt,Pr2]]>其中，表示信号SPU的接收信号的加性高...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘健，谭鑫鑫，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。