专利名称：一种主用户和次级用户基于频谱共享的协作通信方法
技术领域：
本发明属于协作通信技术领域，具体来讲，涉及一种主用户和次级用户基于频谱共享的协作通信方法。
背景技术：
现代频谱管理机制已经不能满足日益增长的无线应用和服务的要求。然而，在实际的无线通信环境中，主用户频谱资源的利用率往往很低。为了提高频谱资源的利用率，研究高效地频谱共享通信系统成为该领域的热点。传统的网络如图1所示。主源用户P和主目的用户Ptl组成主网络；次级源用户S 和次级目的用户D组成次级网络。主用户和次级用户使用相同的频段进行数据传输。其中， 主源用户P通过直接链路向主目的用户Ptl发送数据，次级源用户S通过直接链路向次级目的用户D发送数据，并且两者互不干扰。当主源用户P到主目的用户Ptl的直接链路信道状况比较好时，直接链路的数据传输就可以满足主用户的通信质量要求。然而，当主源用户P 到主目的用户Ptl的直接链路信道状况较差时，仅仅通过直接链路进行数据传输会产生较大的中断概率。对于次级源用户S和次级目的用户D的直接链路数据传输来说，也存在同样情况。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种主用户和次级用户基于频谱共享的协作通信方法，以减小数据传输的中断概率。为实现上述发明目的，本发明主用户和次级用户基于频谱共享的协作通信方法， 其特征在于，包括以下步骤(1)、在主网络中，主源用户P到主目的用户Ptl的直接链路的信道状况比较差，在次级网络中，次级源用户S到次级目的用户D的直接链路的信道状况也比较差；主源用户P 和主目的用户Ptl在次级源用户S的传输范围之外，次级源用户S和次级目的用户D在主源用户P的传输范围之外；在主网络和次级网络之间，加入共享中继R，建立协作通信网络，其中，主源用户P 到共享中继R、共享中继R到主目的用户Ptl、次级源用户S到共享中继R、共享中继R到次级目的用户D的信道状况良好；(2)、在协作通信网络中，数据传输分为两个子时隙；在第一个子时隙里，主源用户P传输主用户数据和到主目的用户P。，同时次级源用户S传输次级用户数据&到次级目的用户D ；两路用户数据&、xs被共享中继R接收，共享中继R对接收到的主用户数据&和次级用户数据xs进行解码；在第二个子时隙里，根据共享中继R的解码结果，执行四个不同的传输过程第一种情况共享中继R可以同时解码主用户数据&和次级用户数据时，共享中继R对主用户数据&和次级用户数据&进行线性编码，并分配α (0< α < 1)倍共享中继R的功率&给主用户信号，分配(1-α)倍共享中继R的功率&给次级用户信号，然后，共享中继R将编码后的主用户信号、次级用户信号广播给主目的用户Ptl和次级目的用户D;第二种情况共享中继R只能解码主用户数据& ；此时，将所有共享中继R的功率 Ee分配给主用户信号，将主用户数据&转发给主目的用户Ptl,同时，次级源用户S重新发送次级用户数据&到次级目的用户D ；第三种情况共享中继R只能解码次级用户数据& ；此时，将所有共享中继R的功率&分配给次级用户信号，将次级用户数据&转发给次级目的用户D，同时，主源用户P重新发送主用户数据和到主目的用户Ptl ；第四种情况主用户数据&和次级用户数据&都不能被共享中继R解码。此时， 主源用户P重新发送主用户数据&到主目的用户Ptl,同时，次级源用户S重新发送次级用户数据&到次级目的用户D，共享中继R进入休眠状态。本发明的发明目的是这样实现的本发明主用户和次级用户基于频谱共享的协作通信方法，首先通过在主网络和次级网络之间加入共享中继R，建立协作通信网络，然后，在数据传输的第一个子时隙，主源用户P、次级源用户S同时分别向主目的用户Ptl、次级目的用户D发送主用户数据χΡ、次级用户数据&，共享中继R接收到两路用户数据后，都进行解码，然后，根据解码结果执行不同的传输过程如果都能解码，则都由共享中继R进行转发；如果只有一路能解码，则转发该路用户数据，另一路重发；如果两路都不能解码，则都重发。由于共享中继R与主源用户P、主目的用户Po、次级源用户S、次级目的用户D的信道状况良好，本发明通过在主网络和次级网络之间加入共享中继来R提高次级用户数据传输效率，即本发明的协作通信方法比直接传输具有更小的主用户中断概率和次级用户中断概率；同时保证了主用户的通信质量，进而实现了主用户和次级用户之间高效的频谱共享。
图1是传统的网络模型结构图；图2是本发明中协作通信网络模型结构图；图3是四个不同的传输过程示意图；图4是发射信噪比ΥΡ，^和Ys对主用户中断概率和次级中断概率的影响曲线图；图5是最大次级用户功率&受限时与发射信噪比ΥΡ，曲线图；图6是功率分配倍数α受限时与发射信噪比Yk的曲线图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。实施例图2是本发明中协作通信网络模型结构图。CN 102404749 A
说明书
3/7页在本实施例中，如图2所示，本发明中的协作通信网络模型是在图1所示传统的网络模型的基础上加入共享中继R而组成的。其中，共享中继R同时位于主源用户P和次级源用户S的传输范围之内。此外，主源用户P到主目的用户Ptl和次级源用户S到次级目的用户D的直接链路的信道状况都比较差；而主源用户P到共享中继R、共享中继R到主目的用户Ptl、次级源用户S到共享中继R、共享中继R到次级目的用户D的信道状况良好。主源用户P使用功率&和速率&传输主用户数据和到主目的用户Ptl，同时，次级源用户S使用功率&和速率&传输次级用户数据&到次级目的用户D。该协作通信网络中的数据传输分为两个子时隙。在第一个子时隙里，主源用户P 传输主用户数据&到主目的用户Po，同时次级源用户S传输数据到次级目的用户D。可以看到，两路用户数据xP、Xs都会被共享中继R接收。主目的用户Po、次级目的用户D以及共享中继R三个节点的接收信号可以分别表示为=λ/^Ρ^ΡΡο xP + nP0(1)
=λ/^S ^SDxS + nD⑵
—^jEphPRxp + ^EsHsrXs + TIr(3)其中，EP、&为主源用户P、次级源用户S的功率，ht] (， V/' e {P0,D,R}，i^j )表示从i到j的信道系数，并且对应的信道方差为《，Iij表示均值为 0，功率谱密度为Ntl的高斯白噪声。此时，共享中继R对主用户数据&和次级用户数据Xs进行解码。在第二个子时隙里，，根据共享中继R的解码结果，执行四个不同的传输过程。具体如图3所示。令A表示共享中继R可以解码主用户数据Xp，B表示共享中继R可以解码次级用户数据&。该过程具体描述如下第一种情况共享中继R可以同时解码主用户数据^cp和次级用户数据& ；此时，共享中继R对主用户数据&和次级用户数据&进行线性编码，并分配α (0< α < 1)倍共享中继R的功率&给主用户信号，分配(1-α)倍共享中继R的功率&给次级用户信号，然后，共享中继R将编码后的主用户信号、次级用户信号广播给主目的用户Ptl和次级目的用户D。在该种情况下，主目的用户Ptl和次级目的用户D接收到信号为y{^AB = Ι^β ζΧρ + a) ERXS ) Vo + nPo(4)y(^AB =+ ^1(1-a) ErXs ) hRD +nD(5)第二种情况共享中继R只能解码主用户数据Xp ；此时，将所有共享中继R的功率 Ee分配给主用户信号，将主用户数据&转发给主目的用户Ptl,同时，次级源用户S重新发送次级用户数据xs到次级目的用户D。在该种情况下，主目的用户Ptl和次级目的用户D接收到信号为=χρ + nP0(6)= ^hsoXs + ^KhRDxP + nD(7) 第三种情况共享中继R只能解码次级用户数据Xs ；此时，将所有共享中继R的功率&分配给次级用户信号，将次级用户数据Xs转发给次级目的用户D，同时，主源用户P重 新发送主用户数据&到主目的用户&。在该种情况下，主目的用户Ptl和次级目的用户D接 收到信号为
权利要求
1. 一种主用户和次级用户基于频谱共享的协作通信方法，其特征在于，包括以下步骤(1)、在主网络中，主源用户P到主目的用户Ptl的直接链路的信道状况比较差，在次级网络中，次级源用户S到次级目的用户D的直接链路的信道状况也比较差；主源用户P和主目的用户Ptl在次级源用户S的传输范围之外，次级源用户S和次级目的用户D在主源用户 P的传输范围之外；在主网络和次级网络之间，加入共享中继R，建立协作通信网络，其中，主源用户P到共享中继R、共享中继R到主目的用户Ptl、次级源用户S到共享中继R、共享中继R到次级目的用户D的信道状况良好；(2)、在协作通信网络中，数据传输分为两个子时隙；在第一个子时隙里，主源用户P传输主用户数据和到主目的用户Ptl,同时次级源用户S 传输次级用户数据&到次级目的用户D ；两路用户数据&、xs被共享中继R接收，共享中继 R对接收到的主用户数据&和次级用户数据xs进行解码；在第二个子时隙里，根据共享中继R的解码结果，执行四个不同的传输过程 第一种情况共享中继R可以同时解码主用户数据&和次级用户数据& ；此时，共享中继R对主用户数据&和次级用户数据&进行线性编码，并分配α (0 < α < 1)倍共享中继R的功率&给主用户信号，分配(l-α)倍共享中继R的功率&给次级用户信号，然后， 共享中继R将编码后的主用户信号、次级用户信号广播给主目的用户Ptl和次级目的用户D ； 第二种情况共享中继R只能解码主用户数据时，将所有共享中继R的功率&分配给主用户信号，将主用户数据&转发给主目的用户Ptl,同时，次级源用户S重新发送次级用户数据&到次级目的用户D ；第三种情况共享中继R只能解码次级用户数据& ；此时，将所有共享中继R的功率& 分配给次级用户信号，将次级用户数据&转发给次级目的用户D，同时，主源用户P重新发送主用户数据和到主目的用户Ptl ；第四种情况主用户数据&和次级用户数据&都不能被共享中继R解码。此时，主源用户P重新发送主用户数据&到主目的用户Ptl,同时，次级源用户S重新发送次级用户数据xs到次级目的用户D，共享中继R进入休眠状态。
全文摘要
本发明公开了一种主用户和次级用户基于频谱共享的协作通信方法，通过在主网络和次级网络之间加入共享中继R建立协作通信网络，在数据传输的第一个子时隙，主源用户P、次级源用户S同时分别向主目的用户P0、次级目的用户D发送主用户数据xP、次级用户数据xS，共享中继R接收到两路用户数据后，都进行解码，如果都能解码，则都由共享中继R进行转发；如果只有一路能解码，则转发该路用户数据，另一路重发；如果两路都不能解码，则都重发。本发明的协作通信方法比直接传输具有更小的主用户中断概率和次级用户中断概率，同时保证了主用户的通信质量，进而实现了主用户和次级用户之间高效的频谱共享。
文档编号H04W16/26GK102404749SQ20111037277
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月22日 优先权日2011年11月22日
发明者代泽洋, 刘健, 隆克平 申请人:电子科技大学