一种基于认知无线电的多中继选择方法与流程

技术特征：

1.一种基于认知无线电的多中继选择方法，其特征在于：

其适用的网络由主用户网络和认知用户网络构成，称为认知中继网络，其中包括一个拥有授权频段使用权的主用户(PU)，一个需要发送信息的认知源节点(CS)和其对应的认知目的节点(CD)，以及L个暂时没有任务的空闲节点，作为认知中继节点(CR)。假设CS和CD之间不存在直传链路，因此，当CS需要向CD发送信息时，可以通过一个或者多个CR进行协作中继传输。假设所有中继节点工作在放大转发(AF)模式下，中继节点将收到的源信号直接进行发大后转发给目的节点。所有认知节点工作于半双工模式下，即在同一时隙内，节点只可进行信号发送或者接收。整个传输过程是基于时隙的，每次传输分为两个时隙，在第一时隙，源节点向外发送信号，中继节点接收信号后，在第二个时隙，系统根据相应的中继选择和功率控制算法选择若干个中继，将收到的信号放大后转发给目的节点，整个传输过程，认知用户使用和主用户一样的频段。主用户预先设定了一个干扰温度门限I_th，认知用户必须保证它们造成的干扰在经过信道衰落后低于该门限。由于距离较远，假设主网络基站的发送功率对认知网络用户的影响可忽略不计。所有信道系数在当次传输过程中假设不变。

为了联合考虑中继节点对系统信道容量的提升和其造成的干扰，本发明定义中继节点传输因子为：

${\mathrm{\η}}_i=\frac{\frac{\∂{\mathrm{\γ}}_i}{\∂P_i}}{\frac{\∂{\mathrm{\λ}}_i}{\∂P_i}}---\left(1\right)$

其中，γ_i表示通过将中继节点i加入协作中继集后，目的节点的接收信噪比。类似地，λ_i表示通过将中继i加入协作中继集后，所有被激活中继造成的总干扰。η_i表示中继R_i在单位功率增长下认知中继系统接收端信噪比与系统总干扰的比值，其意义在于表示通过将R_i加入协作中继集后整个系统端到端信噪比相对于总干扰的增长速度。

本发明在每次迭代过程中，通过比较所有候选中继节点的传输因子，选择出在接收端信噪比和干扰同步增长的情况下能使接收端信噪比最大的那个中继节点，即等同于选择能使信道容量最大化的那个中继节点。比起直接根据信噪比大小进行中继选择，根据传输因子进行中继选择，可以防止因为在前面几次迭代中被选中的中继对主用户干扰过大，导致在后续的选择过程中将潜在的可能使系统性能更佳的中继排除掉而造成的性能损失。同时，本发明结合相应的功率分配机制，根据传输因子进行选择中继，传输因子越高的中继节点所能分配的功率也越高，对系统信道容量的提升也就越大。

2.根据权利要求1所述的适用于认知中继网络的一种基于认知无线电的多中继选择方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤201：认知源节点初始化选择中继集L_opt。

步骤202：认知源节点收集各参数，包括中继节点发送功率候选中继数L，主用户干扰门限I_th，量化等级N以及各信道参数，然后初始化候选中继集L'_opt和中继发送功率矢量并假设当前中继发送功率为

步骤203：源节点从候选中继集L'_opt中依次选取中继节点，根据相应公式计算出该中继的各参数，并暂时将其加入选择中继集L_opt，判断当前选择中继集L_opt造成的干扰是否超过主用户干扰文献，若未超过，将各值代入(1)求出该中继的传输因子η_i，若超过，令当前中继节点的传输因子为0。

步骤204：选出具有最大传输因子的中继节点。将其加入当前选择中继集L_opt。

步骤205：判断当前选择中继集L_opt和P_i下求得系统容量是否比上一次迭代过程中增大，若增大，记录下其当前使用的发送功率，更新中继发送功率矢量返回到步骤203。若没增大，将该中继从选择中继集中排除，再将中继节点发送功率降低一个量化等级，然后返回步骤203。

步骤206：若当前发送功率P_i降为零，则搜索结束。输出选择中继集L_opt和相应的功率分配结果和

3.根据权利要求1所述的一种基于认知无线电的多中继选择方法，其特征在于，所述功率控制机制具体为：系统根据量化等级数N，将中继节点发功率分为其中表示中继节点最大可支持的发送功率，系统初始化时，各中继的发送功率都暂时设为然后，系统将根据权利要求2所述步骤205对各中继节点功率进行调整，具体表现为，若当前发送功率符合步骤205所述要求，则保持不变，若不符合要求，则系统将中继发送功率降低一个量化等级，比如由降至

4.根据权利要求2所述的一种基于认知无线电的多中继选择方法，其特征在于：

步骤203中的相应公式和参数具体为，中继节点信噪比计算公式：

${\mathrm{\γ}}_d=\frac{P_s}{{\mathrm{\σ}}^2}{\frac{\left(\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i{h}_{s,i}{b}_i\right)}{{\left(\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i{b}_i\right)}^2+1}}^2---\left(2\right)$

本发明自定义的参数b_i的计算公式：

$b_i=\frac{\sqrt{P_i}{h}_{i,d}}{\sqrt{{\left|h_{s,i}\right|}^2{P}_s+{\mathrm{\σ}}^2}}---\left(3\right)$

将中继i加入协作中继集后，所有被激活中继造成的总干扰计算公式：

$\mathrm{\λ}=\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i{P}_i{\left|h_{i,p}\right|}^2---\left(4\right)$

5.根据权利要求1所述的一种基于认知无线电的多中继选择方法，其特征在于：

系统工作于underlay模式下，即只要认知用户对主用户的干扰小于主用户预先设定的干扰温度门限，认知用户就可以共享主用户的授权频段。

6.根据权利要求1所述的一种基于认知无线电的多中继选择方法，其特征在于：

本发明所述的多中继选择是指在N个中继中选择i个中继进行中继传输，其中1≤i≤N，即选择的中继不是一个定值，与传统的中继选择只选一个中继不同。