认知无线电网络中的一种全双工协作非正交多址接入方法技术

认知无线电网络中的一种全双工协作非正交多址接入方法，能够确保认知用户准确学习周围环境，充分利用客观存在的频谱空穴，并获得更好的系统性能，属于信息与通信技术领域。本发明专利技术包括：在认知无线电网络中，认知用户D1进行频谱检测，当检测到主用户D2，认知用户D1需要把接收到的主用户D2的信号译码出来，并将自己及主用户想要发送的信息一起以NOMA叠加信号的形式传输给基站BS，当未检测到主用户，认知用户会用自己所有的功率传输自己的信号传输至基站BS；认知用户D1采用全双工的工作模式：信号传输和频谱检测同时进行；基站BS对主用户和认知用户信号进行译码检测。

A Full Duplex Cooperative Nonorthogonal Multiple Access Method in Cognitive Radio Networks

A full-duplex cooperative non-orthogonal multiple access method in cognitive radio networks can ensure that cognitive users can accurately learn the surrounding environment, make full use of the objective spectrum holes, and achieve better system performance. It belongs to the field of information and communication technology. The invention includes: in cognitive radio network, cognitive user D1 carries out spectrum detection. When detecting primary user D2, cognitive user D1 needs to decode the received signal of primary user D2 and transmit the information that he and the primary user want to send to base station BS in the form of NOMA superimposed signal. When the primary user is not detected, cognitive user will transmit with all his power. The cognitive user D1 uses full duplex mode: signal transmission and spectrum detection are carried out simultaneously; the base station BS decodes and detects the signals of the primary user and the cognitive user.

【技术实现步骤摘要】
认知无线电网络中的一种全双工协作非正交多址接入方法
本专利技术涉及信息与通信
，具体涉及认知无线电网络中的一种用户中继采用全双工工作模式的协作非正交多址接入方法。
技术介绍
为了能够获得更高的频谱利用率，认知无线电(cognitiveradio,CR)技术已经成为第五代(thefifthgeneration,5G)移动通信网络的一个关键技术。认知网络(cognitiveradionetwork,CRN)可以分为两类：overlay模式和underlay模式。二者相比，采用了频谱检测技术的overlay由于充分利用了实际系统中客观存在的频谱空穴，性能更优。而它却不能像underlay那样能够保证认知用户(secondaryuser,SU)随时接入授权信道。经分析，认为overlay模式的缺点有三。第一，每一个时间周期都拆分为感知时间段和传输时间段。前者会导致时间资源的浪费和系统性能的损失，传输时间段中认知用户可能对主用户(primaryuser,PU)造成不可避免的干扰。第二，overlay模型从逻辑上讲是说不通的。主用户的授权频段是没有道理白白给认知用户使用的，何况还可能由于漏检情况的存在受到干扰的影响。第三，认知用户必须找到频谱空穴才能接入并传输信号。所以认知用户无法随时接入信道，会导致寻找空穴阶段出现的时延甚至通信中断的情况。为了获得更高的频谱利用率，NOMA技术也发展成为了5G网络的关键技术。接收端采用串行干扰消除方法(successiveinterferencecancellation,SIC)。在无线网络中，协作通信由于可以提供空间分集增益，削弱衰落的影响，同样受到了广泛的关注。因此，协作通信和NOMA技术的结合可以进一步提升系统在容量和可靠性方面的效率。现有的多数协作NOMA(cooperativeNOMA,CNOMA)技术采用的是半双工(half-duplex,HD)协作方式。因而，CNOMA本应获得的容量和可靠性的提升是在由HD协作过程中的额外时间资源开销导致的频谱利用率降低的代价下达成的。而这样的代价可能削弱甚至完全损失掉协作通信的频谱利用率增益。现有认知无线电网络存在以下三个问题。第一，每一个时间周期都拆分为感知时间段和传输时间段。前者会导致时间资源的浪费和系统性能的损失，传输时间段中认知用户可能对主用户造成不可避免的干扰。第二，overlay模型从逻辑上讲是说不通的。主用户的授权频段是没有道理白白给认知用户使用的，何况还可能由于漏检情况的存在受到干扰的影响。第三，认知用户必须找到频谱空穴才能接入并传输信号。所以认知用户无法随时接入信道，会导致寻找空穴阶段出现的时延甚至通信中断的情况。
技术实现思路
针对上述不足，本专利技术提供能够确保认知用户准确学习周围环境，充分利用客观存在的频谱空穴，并获得更好的系统性能的认知无线电网络中的一种全双工协作非正交多址接入方法。本专利技术的认知无线电网络中的一种全双工协作非正交多址接入方法，所述方法包括如下步骤：S1、在认知无线电网络中，认知用户D1首先根据预设的虚警概率，获取进行能量检测时的检测门限λFD；S2、认知用户D1对主用户D2信号进行不间断的频谱检测，获取检测统计量yED；S3、将S2中获取的yED与S1中获取的λFD进行大小比较，如果yED大，则判定主用户D2存在，转入S4；否则，判定主用户D2不存在，认知用户D1会用自己所有的功率传输自己的x1信号至基站BS；S4、认知用户D1需要把接收到的主用户D2的信号x2译码出来，并将x1和x2一起以NOMA叠加信号的形式发送给基站BS；x1和x2分别表示认知用户D1和主用户D2想要传输的信息；认知用户D1采用全双工的工作模式，在执行S3和S4进行信号传输的同时，执行S1和S2进行频谱检测；S5、基站BS对主用户和认知用户信号进行译码检测：首先，检测主用户信号，此时将认知用户信号当作干扰，检测主用户信号完成后，将NOMA叠加信号中的主用户信号剔除掉；然后，检测剩余的认知用户信号，当认知用户D1发送的是自己的信号时，基站BS直接从接收信号中检测认知用户信号。优选的是，主用户D2和基站BS之间不存在直接链路时，认知用户D1检测到主用户D2的情况下，认知用户D1中断概率的闭环表达式为：其中，QFD(x)是认知用户进行频谱检测得到的检测概率，f(x)表示|h2|2的概率密度函数，h1、h2和h0分别代表链路D1→BS、D2→D1和D2→BS的信道系数，信道功率增益|h1|2、|h2|2和|h0|2是指数分布的随机变量，|h1|2、|h2|2和|h0|2的参数分别为Ωi，i∈{0,1,2}，表示信噪比，R1和R2是基站BS分别检测信号x1和x2时的目标速率；a1和a2分别表示信号x1和x2的功率分配系数。优选的是，主用户D2和基站BS之间不存在直接链路时，认知用户D1在未检测到主用户D2的情况下，认知用户D1的中断概率的闭环表达式为：其中，表示预设的虚警概率；h1代表链路D1→BS的信道系数，信道功率增益|h1|2是指数分布的随机变量，其参数为Ω1，表示信噪比，a1和a2分别表示信号x1和x2的功率分配系数。优选的是，主用户D2和基站BS之间不存在直接链路时，认知用户D1检测到主用户D2的情况下，主用户D2的中断概率的闭环表达式为：其中，QFD(x)是认知用户进行频谱检测得到的检测概率，f(x)表示|h2|2的概率密度函数，h1、h2和h0分别代表链路D1→BS、D2→D1和D2→BS的信道系数，信道功率增益|h1|2、|h2|2和|h0|2是指数分布的随机变量，|h1|2、|h2|2和|h0|2的参数分别为Ωi，i∈{0,1,2}，表示信噪比，a1和a2分别表示信号x1和x2的功率分配系数，表示自干扰信号的比例系数，该自干扰信号和认知用户发送的信号成正比。优选的是，主用户D2和基站BS之间不存在直接链路时：认知用户D1检测到主用户D2的情况下，认知用户D1的分集阶数为1；认知用户D1检测到主用户D2的情况下，认知用户D1的分集阶数为0；认知用户D1在未检测到主用户D2的情况下，认知用户D1的分集阶数为1。优选的是，主用户D2和基站BS之间存在直接链路时，认知用户D1检测到主用户D2的情况下，认知用户D1的中断概率的闭环表达式为：其中，QFD(x)是认知用户进行频谱检测得到的检测概率，f(x)表示|h2|2的概率密度函数，h1、h2和h0分别代表链路D1→BS、D2→D1和D2→BS的信道系数，信道功率增益|h1|2、|h2|2和|h0|2是指数分布的随机变量，|h1|2、|h2|2和|h0|2的参数分别为Ωi，i∈{0,1,2}，表示信噪比，a2>a1T2，a1和a2分别表示信号x1和x2的功率分配系数。优选的是，主用户D2和基站BS之间存在直接链路时，认知用户D1检测到主用户D2的情况下，主用户D2的中断概率的闭环表达式为：其中，QFD(x)是认知用户进行频谱检测得到的检测概率，f(x)表示|h2|2的概率密度函数，h1、h2和h0分别代表链路D1→BS、D2→D1和D2→BS的信道系数，信道功率增益|h1|2、|h2|2和|h0|2是指数分布的随机变量，|h1|2、|h2|2和|本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.认知无线电网络中的一种全双工协作非正交多址接入方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1、在认知无线电网络中，认知用户D1首先根据预设的虚警概率，获取进行能量检测时的检测门限λFD；S2、认知用户D1对主用户D2信号进行不间断的频谱检测，获取检测统计量yED；S3、将S2中获取的yED与S1中获取的λFD进行大小比较，如果yED大，则判定主用户D2存在，转入S4；否则，判定主用户D2不存在，认知用户D1会用自己所有的功率传输自己的x1信号至基站BS；S4、认知用户D1需要把接收到的主用户D2的信号x2译码出来，并将x1和x2一起以NOMA叠加信号的形式发送给基站BS；x1和x2分别表示认知用户D1和主用户D2想要传输的信息；认知用户D1采用全双工的工作模式，在执行S3和S4进行信号传输的同时，执行S1和S2进行频谱检测；S5、基站BS对主用户和认知用户信号进行译码检测：首先，检测主用户信号，此时将认知用户信号当作干扰，检测主用户信号完成后，将NOMA叠加信号中的主用户信号剔除掉；然后，检测剩余的认知用户信号，当认知用户D1发送的是自己的信号时，基站BS直接从接收信号中检测认知用户信号。...

【技术特征摘要】
1.认知无线电网络中的一种全双工协作非正交多址接入方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1、在认知无线电网络中，认知用户D1首先根据预设的虚警概率，获取进行能量检测时的检测门限λFD；S2、认知用户D1对主用户D2信号进行不间断的频谱检测，获取检测统计量yED；S3、将S2中获取的yED与S1中获取的λFD进行大小比较，如果yED大，则判定主用户D2存在，转入S4；否则，判定主用户D2不存在，认知用户D1会用自己所有的功率传输自己的x1信号至基站BS；S4、认知用户D1需要把接收到的主用户D2的信号x2译码出来，并将x1和x2一起以NOMA叠加信号的形式发送给基站BS；x1和x2分别表示认知用户D1和主用户D2想要传输的信息；认知用户D1采用全双工的工作模式，在执行S3和S4进行信号传输的同时，执行S1和S2进行频谱检测；S5、基站BS对主用户和认知用户信号进行译码检测：首先，检测主用户信号，此时将认知用户信号当作干扰，检测主用户信号完成后，将NOMA叠加信号中的主用户信号剔除掉；然后，检测剩余的认知用户信号，当认知用户D1发送的是自己的信号时，基站BS直接从接收信号中检测认知用户信号。2.根据权利要求1所述的认知无线电网络中的一种全双工协作非正交多址接入方法，其特征在于，主用户D2和基站BS之间不存在直接链路时，认知用户D1检测到主用户D2的情况下，认知用户D1中断概率的闭环表达式为：其中，QFD(x)是认知用户进行频谱检测得到的检测概率，f(x)表示|h2|2的概率密度函数，h1、h2和h0分别代表链路D1→BS、D2→D1和D2→BS的信道系数，信道功率增益|h1|2、|h2|2和|h0|2是指数分布的随机变量，|h1|2、|h2|2和|h0|2的参数分别为Ωi，i∈{0,1,2}，表示信噪比，R1和R2是基站BS分别检测信号x1和x2时的目标速率；a1和a2分别表示信号x1和x2的功率分配系数。3.根据权利要求1所述的认知无线电网络中的一种全双工协作非正交多址接入方法，其特征在于，主用户D2和基站BS之间不存在直接链路时，认知用户D1在未检测到主用户D2的情况下，认知用户D1的中断概率的闭环表达式为：其中，表示预设的虚警概率；h1代表链路D1→BS的信道系数，信道功率增益|h1|2是指数分布的随机变量，其参数为Ω1，表示信噪比，a1和a2分别表示信号x1和x2的功率分配系数。4.根据权利要求1所述的认知无线电网络中的一种全双工协作非正交多址接入方法，其特征在于，主用户D2和基站BS之间不存在直接链路时，认知用户D1检测到主用户D2的情况下，主用户D2的中断概率的闭环表达式为：其中，QFD(x)是...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾敏，王欣玉，郭庆，顾学迈，刘晓锋，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23