[发明专利]一种基于中继选择的认知中继网络中混合双工传输方法

摘要

本发明公开了一种基于中继选择的认知中继网络中混合双工传输方法。所述内容包括：认知中继网络包括授权用户和非授权用户的发射机和接收机各一对，以及由若干空闲非授权用户构成的潜在协作中继。首先由瞬时信道状态信息，选择使得授权用户和非授权用户端到端信噪比之和达到最大的潜在中继作为最优中继。半双工传输时，一个中继传输帧分成两个相等的时隙。全双工传输时，中继传输帧不划分时隙。当中继接收到的信干噪比低于阈值时，采用全双工传输，否则采用半双工传输。本方法根据中继接收到的信干噪比在半双工和全双工传输之间切换，从而利用全双工的传输容量优势又弱化自我干扰对传输容量性能的不利影响，进而提高认知中继网络总传输容量。

主权项

一种基于中继选择的认知中继网络中混合双工传输方法，其特征在于：认知中继网络包括一对授权用户发射机PT和接收机PR，一对非授权用户发射机ST和接收机SR，以及k个空闲非授权用户组成的潜在协作中继R，所有节点都是全双工的，其中协作中继R装有一根发射天线和一根接收天线并且采用放大转发协议进行协作传输，其它用户节点都只装有一根天线；首先假设所有中继节点R开始均以半双工方式参与协作传输，然后依据瞬时信道状态信息，计算出所有中继辅助下的授权用户和非授权用户端到端信噪比之和γ，接下来选取使γ达到最大值的中继作为最优中继，记为Ri(1≤i≤k)，最后将所选最优中继用于辅助授权用户和非授权用户的协作传输中去；半双工传输时，一个中继传输帧分成两个相等的时隙，在时隙1，授权用户发射机PT以发射功率PP(W)发送一个信号xp(t)，同时非授权用户ST以发射功率PS(W)发送信号xs(t)，系统其他节点进行监听；在时隙2，协作最优中继Ri将接收来自ST的信号xs(t)以及PT的信号xp(t)组合，得到组合信号xc(t)，然后将该组合信号放大转发出去，此时授权用户接收机PR和非授权用户接收机SR分别接收到来自中继转发信号，授权用户接收机PR根据两个时隙收到信号解码xp(t)，忍受的干扰功率为PR(W)，信息传输速率为非授权用户接收机SR根据时隙2接收到的信号解码xs(t)，信息传输速率为协作最优中继Ri处的放大增益记为β，信干噪比为系统总传输容量为全双工传输时，每个中继传输帧不划分时隙，协作最优中继Ri将接收来自PT的信号xp(t)和来自ST的发射信号xs(t)合并，并且立即放大转发出去，产生自我干扰xk(t)，授权用户接收机PR和非授权用户接收机SR都接收到信号，授权用户接收机PR根据两个时隙接收的信号解码xp(t)，忍受的干扰功率为得到的信息传输速率为非授权用户接收机SR根据两个时隙接收的信号解码xs(t)，信息传输速率为协作最优中继Ri处的放大增益记为β′，信干噪比为系统总传输容量当协作最优中继Ri接收到的信干噪比低于设定阈值Γ时，中继Ri就采用全双工模式传输，否则采用半双工传输，据此得到半双工/全双工混合传输的信息传输速率C，在最优中继节点Ri的发射功率约束和对授权用户接收机PR的干扰约束下最大化系统总的传输速率，建立优化问题如下，maxPS,PP,β,β′C]]>s.t.PR(W)≤I,P‾R(W)≤I,β≤β‾,β′≤β‾′,PP≤PP,max,PS≤PS,max,]]>其中I是授权用户接收机PR能忍受的最大干扰功率，PP,max和PS,max分别是授权用户和非授权用户所允许的最大发射功率，和由中继节点Ri的最大发射功率决定，对该优化问题求解，得到最优的放大增益β和β′，以及最优非授权用户发射功率PS、授权用户发射功率PP，如果它是凸的，采用拉格朗日乘数法求解，如果它是非凸的，先将它转化为凸优化问题，再用拉格朗日乘数法或者内点法求解，得到最优的放大增益β和β′，以及最优授权和非授权用户发射功率PP和PS后，中继节点Ri对接收信号的处理完全确定，从而最终最大化中继辅助下认知中继网络的总传输容量。