[发明专利]基于协作中继的鲁棒认知通信系统功率分配方法

说明书

本发明公开了一种基于协作中继的鲁棒认知通信系统功率分配方法，包括通信模型建立步骤，用于利用认知用户充当授权用户的中继节点建立协作中继通信模型，并基于所述协作中继通信模型建立以通信系统误码率最小化为目标函数的具有约束条件的优化模型；功率分配步骤，在信道状态信息已知的情况下，利用拉格朗日对偶算法、KKT条件获得认知用户最优发射功率，并计算得到认知通信系统的传输容量；当授权用户发射端的发射功率一定时，通过调整所述中继节点的发射功率满足通信系统的误码率的要求。本通信系统功率分配方法有效改善了该模型中整体通信性能及授权用户通信误码率，并且引入时变干扰阈值保护因子，确保整个通信系统具有较好的鲁棒性。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种基于协作中继的鲁棒认知通信系统功率分配方法。

背景技术

在“物联网+”时代背景下，随着互联网技术、智能终端设备、大数据、云计算技术的快速普及和通信业务流量的爆炸式增长，使得无线通信中可利用的空闲频谱资源变得尤为紧张。在现有无线通信频谱管理机制中，只有授权用户才能有权使用频谱资源进行通信传输，然而未经过授权的通信用户则无法使用。这种频谱管理规则在无线通信技术迅速发展的当下不尽合理，部分授权频谱在大部分时间处于空闲状态，没有被高效的利用。认知无线电(Cognitive R adio,CR)就是在这种情况下作为一种全新的智能无线通信技术应运而生。认知无线电技术能大大提升频谱资源的利用率，可以有效解决无线通信系统中频谱利用率低与频谱资源紧张之间的冲突。

针对协作中继技术，中继节点常见的有两种处理方案，其分别为放大转发(Amplify-and-Forward，AF)和译码转发(Decode-and-Forward，DF)，也叫做非再生与再生中继。协作中继技术可以提升无线通信系统的数据传输容量，有效改善无线通信的可靠性。最近几年以来，随着协作中继技术的发展，专家和学者们开始注意到其在认知无线电通信领域的研究方向。在认知通信过程中，通过结合协作中继技术提高授权用户和认知用户或认知用户之间的空间分集增益。

文献“Experimental study of cooperative MIMO at HF band”中研究了SISO、SIMO和MIMO几种技术在无线通信中对数据传输速率的影响，并验证了其可行性。文献“Experimental study of wide area SIMO for ionospheric HF radio links”以提高系统在功率约束下的可靠性和吞吐量为优化目标，研究了广域协作通信技术在远距离数据传输的应用。文献“Combined power control and transmission rate selection incellular networks”中Kim S.L等人提出一种功率-速率联合分配算法，利用该算法在最小化发射功率和最大化传输速率之间寻找一个最佳平衡。结合认知无线电的绿色协作通信系统中，一个值得研究的问题即是如何对非授权用户(即认知用户)的功率分配问题，同时现有的研究很少以最小化授权用户通信系统的误码率为目标，以及未充分考虑在实际的通信网络中，信道增益等参数存在扰动，具有不确定性问题。

发明内容

为解决上述的技术问题，本发明提供了一种基于协作中继的鲁棒认知通信系统功率分配方法，实现鲁棒功率分配，实现了高效降低运算复杂度并获得较低的通信误码率，提高信息服务质量。

为实现上述目的，本发明的基于协作中继的鲁棒认知通信系统功率分配方法，包括：

通信模型建立步骤S1，用于利用认知用户充当授权用户的中继节点建立协作中继通信模型，并基于所述协作中继通信模型建立以通信系统误码率最小化为目标函数的具有功率约束条件的优化模型；

功率分配步骤S2，在信道状态信息已知的情况下，利用拉格朗日对偶算法、KKT条件获得认知用户最优发射功率，并根据该认知用户最优发射功率计算得到认知通信系统的传输容量；当授权用户发射端的发射功率一定时，通过调整所述中继节点的发射功率满足通信系统的误码率的要求。