[发明专利]一种联合中继选择和功率分配的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及认知无线电技术领域，尤其涉及一种联合中继选择和功率分配的方法和系统。

背景技术

伴随着移动无线通信逐渐宽带化和智能化的发展，人们对无线通信的传输速率要求越来越高，对无线频谱资源的需求量也在急剧增加，从而导致稀缺的频谱资源日益匮乏，制约着无线通信技术的发展。为了解决频谱利用率和频谱资源短缺相互矛盾的问题，认知无线电的概念被提出来，允许通信系统对周围的通信环境进行感知，并根据环境的变化自适应地调整系统参数，以更加高效、灵活的方式进行动态频谱接入，并实现频谱动态管理。认知无线网络是在认知无线电技术基础上形成的，它能更好的利用认知功能来获取有用信息，对信息进行分析和学习，然后通过重配置技术动态适应无线环境。认知无线网络通过异构的无线网络架构和动态频谱共享技术为移动用户提供高数据速率服务。

协作通信，又称协作中继，是指在多用户通信环境中，各邻近节点之间按照一定方式共享彼此的天线进行协作发送，从而产生一种类似多天线发送的虚拟环境，提高系统传输性能的通信方式。协作通信技术把中继传输技术和分集技术各自的优势结合起来，借助于协作伙伴的天线，与其自身的天线共同构成天线阵列，以获得空间分集增益。将协作技术应用于认知无线网络中，使两个或多个认知用户（secondary user，SU）相互协作，在Underlay式频谱共享系统中，认知用户必须严格限制传输功率，以避免对主用户（primary user，PU）产生干扰。由于认知用户的发射功率受限，倘若传输信道的衰落较大，认知用户的通信就很容易发生中断。协作通信技术的引入，能够在保证主用户的QoS需求的情况下，降低认知用户传输的中断概率，改善认知用户端到端的性能，认知无线电与协作技术相结合，有效的改善了系统传输性能，提高了频谱利用率，成为当前的研究热点。

认知无线协作网络中的关键问题是如何进行中继节点选择和功率分配。对于中继节点选择，当认知无线协作系统中源节点和目的节点之间的信道条件恶劣时，提高认知用户发射功率的方法会增大对主用户的干扰，此时可通过选择中继节点建立中继链路协助源节点的数据传输，中继节点的选择还可以扩大覆盖范围。功率分配技术是认知无线协作系统的另一个研究重点。在认知网络中，一方面系统的总发射功率是受限的；另一方面由于认知用户对主用户的干扰总是存在的，为避免对主用户产生不可接受的干扰需要对功率进行控制。功率控制需要测量主用户接收机的射频干扰等级，即干扰温度，干扰温度由主用户决定，发射功率超过干扰温度的认知用户传输是不允许的。合理的功率分配算法需要在提高认知用户性能的同时，减小对主用户的干扰。

认知无线协作系统中，联合中继选择和功率分配的设计可以最大化系统容量的同时保证对主用户的干扰低于一定的门限值。在系统总发射功率限制下，通过联合中继节点选择和功率分配可以使得系统达到最大的传输速率。然而，在实际的认知中继系统中，不仅要考虑源节点的性能，也需要考虑中继节点的性能，中继节点不仅对源节点的数据进行转发，同时会传输自身的数据，但是在现有技术的解决方案中没有考虑中继节点在转发源节点数据的同时也传输自身数据的情况，因此计算模型与实际情况差距较大，对主用户的干扰也比较大。

发明内容

（一）要解决的技术问题

针对上述缺陷，本发明要解决的技术问题是在中继节点对源节点的数据进行转发的同时还考虑中继节点自身传输的数据。

（二）技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种联合中继选择和功率分配的方法，包括以下步骤：

进行初始化设置，确定初始中继节点和初始功率比例因子θ，其中0≤θ≤1；

S2、根据所述初始功率比例因子θ以及各通信链路对主用户干扰的功率上限值P₀，确定所述初始中继节点用于放大转发次用户源的发射功率P₃和所述初始中继节点用于传输自身数据的发射功率P₄；

S3、针对次用户源构建最佳功率优化模型；

S4、在所述最佳功率优化模型中通过迭代计算得到所述次用户源向接入节点发送数据的发射功率P₁和所述次用户源向所述初始中继节点发送数据的发射功率P₂；