[发明专利]基于DF协议的双向中继认知无线电系统中的资源分配方法

说明书

本发明公开了一种基于DF协议的双向中继认知无线电系统中的资源分配方法，其在求解优化资源分配问题的过程中通过利用DF协议容量最大化特点，得到认知移动用户、基站与各个中继之间的功率关系；然后利用该关系及认知移动用户向中继传输信号时所用的功率限制条件、基站向中继传输信号时所用的功率限制条件、干扰限制条件得到通过每个中继传输信号时DF协议下的双向中继认知无线电系统的系统容量，并遍历出DF协议下的双向中继认知无线电系统的最大系统容量及最大系统容量对应的中继和该中继广播信号时所用的功率；优点是不仅改善了系统容量，而且仅求解每个中继广播信号时所用的功率即可，简化了功率求解过程，从而降低了求解的复杂度。

技术领域

本发明涉及一种资源分配方法，尤其是涉及一种基于DF(Decode and Forward，解码转发)协议的双向中继认知无线电系统中的资源分配方法。

背景技术

随着无线技术的快速发展以及无线通信用户量和业务量的快速增长，频谱紧缺问题日益突出。在认知无线电系统中合理地进行资源分配可以提高频谱的利用率和传输速率，缓解频谱利用率低的情况。认知无线电中的动态频谱接入有两种方式：频谱机会式接入和频谱共享式接入。在频谱机会式接入方式中，当检测到授权频带空闲时，认知用户便可以接入信道。在频谱共享式接入方式中，不管授权用户是否存在，在保证授权用户服务质量的情况下，认知用户均可接入信道。

为了满足人们更高的无线通信业务需求，新一代的无线通信系统不仅需要能提供更高的系统容量，而且还需要能满足用户对服务质量的要求，如链路的可靠性以及网络的覆盖范围等。然而，考虑到无线信道的时变特性以及信号传输中的距离衰落等因素的影响，使得无线传输的可靠性以及网络的覆盖范围等方面遇到了严峻的挑战。而协作中继技术有效地改善了在无线环境中因为地理分布以及信道的深度衰减等因素所造成的信号可靠度降低，它将有助于提高通信质量、增加无线通信系统的系统容量以及扩大网络的覆盖范围。因而，协作中继技术是当前最受到关注的无线通信技术之一。

认知无线电中的中继网络可根据不同的形式进行分类。认知无线电中的中继网络根据数据流方向可分为两种：一种是单向中继网络，即信号由源节点发送通过中继到达目的节点；另一种是双向中继网络，即信号由两端节点发送给中继，中继再分别转发给两端节点。双向中继系统的整体系统容量是单向中继系统的整体系统容量的两倍，这使得双向中继网络更进一步地被关注。在双向中继系统中，基于物理层网络编码的双向中继系统应用最为广泛，它只需要两个时隙就可以完成双向数据的交互，因而比传统的单向中继系统提高了一倍的效率。认知无线电中的中继网络根据中继节点的双工方式又可分为两种：一种是半双工中继网络；另一种是全双工中继网络。考虑到实现复杂度，目前常见的中继系统一般都为半双工中继系统。采用半双工方式的协作中继节点根据信号处理策略可分为AF(Amplify and Forward，放大转发)、DF(Decode and Forward，解码转发)和CC(CodedCooperation，编码协作)。DF协议方式是中继在接收到源节点的信号后先进行解码，然后将解码后的数据重新编码后再转发给目的节点。

在基于DF协议的双向中继认知无线电系统中，经典方法有三种，一是将优化问题转为凸优化问题进行求解；二是应用拉格朗日结合次梯度方法进行求解；三是应用注水法等传统方法求解。还有一些应用基于遗传算法的方法求解优化问题。由于存在对认知移动用户发射功率的限制和对授权用户干扰的限制，因此将优化问题转为凸优化问题进行求解的方法和应用拉格朗日结合次梯度方法进行求解的方法的复杂度高，不易求解；而应用传统的注水法求解的方法和应用基于遗传算法求解优化问题的方法不能得到较高的系统容量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于DF协议的双向中继认知无线电系统中的资源分配方法，其不仅提高了系统容量，而且简化了功率分配，降低了复杂度。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于DF协议的双向中继认知无线电系统中的资源分配方法，其特征在于包括以下步骤：