CN104936191A - 认知无线网络中面向授权用户自动重传请求的频谱资源共享方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种认知无线网络中面向授权用户自动重传请求的频谱资源共享方法，属于无线通信技术领域。技术方案为：采用时分机制，将认知无线电网络的每个数据帧等分为两个时隙：在第一个时隙内授权用户进行首次传输，认知用户采用传输的Underlay方式共享信道；在第二个时隙内授权用户根据自动重传请求信息进行重新传输，认知用户在保证授权用户中断性能的情况下共享信道。本发明构造了最大化认知用户平均传输速率的优化问题，并求解得到了认知用户在重传时隙的功率分配方案。通过干扰消除，认知用户可以获得更高的传输速率，同时授权用户ARQ(自动重传请求)信息可以被认知用户利用以保护授权用户的传输以降低授权用户的中断概率。

Description

认知无线网络中面向授权用户自动重传请求的频谱资源共享方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及认知用户频谱接入方法及功率分配方案设计，具体涉及一种认知无线网络中面向授权用户自动重传请求的频谱资源共享方法。

背景技术

随着无线设备及无线传输需求的增加，可用无线频谱资源越来越短缺。然而传统的固定频谱分配方案没有考虑到用户在空间和时间上使用频谱的差异，造成了频谱资源的浪费。认知无线电技术允许没有授权频谱的认知用户使用空闲或未被充分利用的无线频谱资源，从而提高频谱利用率。

在认知无线电网络中，认知用户通过Interweave，Overlay或者Underlay方式共享授权用户的频谱资源。由于在可行性及复杂度方面的优势，Underlay网络得到了广泛的研究。在Underlay认知网络中，授权用户自动重传的确认信号(ACK)及否认信号(NACK)可以被认知用户用来估计其认知网络传输对授权用户网络带来的影响。此外，授权用户信息重传造成了信息冗余，而这些冗余信息可以被认知用户利用并通过解码授权用户信息来消除授权用户对认知用户的干扰。

通过干扰消除，认知用户可以获得更高的传输速率，同时授权用户ARQ(自动重传请求)信息可以被认知用户利用以保护授权用户的传输以降低授权用户的中断概率。现有的基于ARQ的频谱共享技术中，认知用户只在重传时隙进行传输，并且很多技术并没有考虑到认知用户的干扰消除，因此，现在的基于ARQ的频谱共享技术会造成频谱利用率低，认知用户的传输速率也比较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种认知无线网络中面向授权用户自动重传请求的频谱资源共享方法，该方法能有效提高认知用户的传输速率，同时能够降低授权用户的中断概率。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种认知无线网络中面向授权用户自动重传请求的频谱资源共享方法，采用时分机制，将认知无线电网络的每个数据帧等分为两个时隙：

在第一个时隙内授权用户进行首次传输，认知用户采用传输的Underlay方式共享信道；

在第二个时隙内授权用户根据自动重传请求信息进行重新传输，认知用户在保证授权用户中断性能的情况下共享信道。

在第二个时隙内授权用户根据自动重传请求信息进行重新传输，利用重新传输带来的信息冗余进行干扰消除，并以最大化传输速率为目标，在授权用户的中断性能的约束下，分配第二个时隙内认知用户的传输功率。

在第一个时隙内，认知用户采用Underlay方式进行传输，获得传输速率为：

$R_s^{\mathrm{ini}}=\mathrm{lo}{g}_2(1+\frac{p_s^1{g}_{22}}{1+P_p{g}_{12}});$

其中，P_p为授权用户的发射功率，g₁₂为授权用户发射端PT到认知用户接收端SR的信道功率增益，g₂₂为认知用户发射端ST到认知用户接收端SR的信道功率增益，是认知用户的发射功率，通过以下优化得到：

$s.t.\left\{\begin{array}{c}0\≤p_s^1\≤P_s\\ p_s^1{g}_{21}\≤I_{\mathrm{th}}\end{array}\right.;$

其中，P_s为认知用户的最大发射功率，I_th是授权用户的干扰门限，表示期望结果；为的单调增函数，此时的传输功率为：

$p_s^1=\min (P_s,\frac{I_{\mathrm{th}}}{{\mathrm{\σ}}_{21}^2});$

为指数分布g₂₁变量的参数。

在第一个时隙内授权用户信息首次传输时，认知用户接收端SR首先解码来自认知用户的信息，然后解码授权用户的信息，利用授权用户发射端PT到授权用户接收端PR的信道功率增益g₁₁，PT到认知用户接收端SR的信道功率增益g₂₁的统计信道状态信息以及g₂₂的瞬时信道状态信息，得到认知用户成功消除授权用户干扰的概率如下：

若认知用户信息被正确解码且授权用户信息也被正确解码，则认知用户在第二个时隙直接消除干扰，此种情况的概率为：

$\begin{array}{c}{P}_{D_1}^1=\mathrm{Pr}({\log }_2(1+\frac{p_s^1{g}_{22}}{1+P_p{g}_{12}})\≥R_s)\mathrm{Pr}(\mathrm{lo}{g}_2(1+P_p{g}_{12})\≥R_p)\\ =(1-\exp (-\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_{12}^2}(\frac{p_s^1{\left|h_{22}\right|}^2}{(2^{R_s}-1)P_p}-\frac{1}{P_p})))\exp (-\frac{2^{R_p}-1}{{\mathrm{\σ}}_{12}^2{P}_p})\end{array};$

其中，和为指数分布g₁₁和g₁₂的参数；

若授权用户及认知用户信息都未被成功解码，则认知用户接收端SR将存储授权用户的信息以消除第二个时隙来自授权用户的干扰，此种情况的概率为：

$\begin{array}{c}{P}_{D_3}^1=\mathrm{Pr}({\log }_2(1+\frac{p_s^1{g}_{22}}{1+P_p{g}_{12}})<R_s)\mathrm{Pr}(\mathrm{lo}{g}_2(1+\frac{p_p{g}_{12}}{1+p_s^1{g}_{22}})<R_p)\\ =\exp (-\frac{1}{{\mathrm{\&sigma;}}_{12}^2}(\frac{P_s^1{g}_{22}}{(2_s^R-1)P_p}-\frac{1}{P_p}))(1-\exp (-\frac{(2_p^R-1)(1+p_s^1{g}_{22})}{{\mathrm{\&sigma;}}_{12}^2{P}_p}))\end{array};$

若认知用户信息未被成功解码，而授权用户信息被成功解码，此种情况的概率为：

$P_{D_4}^1=1-P_{D_1}^1-P_{D_2}^1-P_{D_3}^1.$

在第二个时隙内认知用户首先计算干扰消除概率，并根据此概率分配功率：

若认知用户在授权用户信息首次传输时成功解码授权用户信息，则在授权用户的第二个时隙内，认知用户直接消除干扰；

若授权用户信息未被成功解码，则认知用户将利用授权用户信息的冗余来消除干扰；

若首次传输时，认知用户信息被成功解码，而授权用户信息未被成功解码，则在第二个时隙内，认知用户成功消除干扰的概率为：

$P_{D_1}^2=\mathrm{Pr}({\log }_2(1+P_p{g}_{12}+\frac{P_p{g}_{12}}{1+p_s^2{g}_{22}})\&GreaterEqual;R_p)=\exp (-\frac{1}{{\mathrm{\&sigma;}}_{12}^2}\frac{2_p^R-1}{P_p+\frac{p_p}{1+p_s^2{g}_{22}}});$

其中，为认知用户在第二个时隙内的发送功率；

若首次传输时隙内，认知用户信息和授权用户信息都未被成功解码，则第二个时隙内，认知用户成功解码的概率为：

$P_{D_2}^2=\mathrm{Pr}({\log }_2(1+\frac{P_p{g}_{12}}{1+p_s^1{g}_{22}}+\frac{P_p{g}_{22}}{1+p_s^2{g}_{22}})\&GreaterEqual;R_p)=\exp (-\frac{1}{{\mathrm{\&sigma;}}_{12}^2}\frac{2_p^R-1}{\frac{P_p}{1+p_s^1{g}_{22}}+\frac{P_p}{1+p_s^2{g}_{22}}})..$

在第二个时隙内授权用户根据自动重传请求信息进行重新传输，若认知用户成功消除干扰，则其传输速率为：

$R_D^1=\mathrm{lo}{g}_2(1+p_s^2{g}_{22});$

否则，认知用户将会以速率传输，为

$R_D^2={\log }_2(1+\frac{p_s^2{g}_{22}}{1+P_p{g}_{12}});$

此时，得到认知用户在授权用户信息重传时的平均传输速率为：

$R_s^{\sec }=(P_{D_1}^1+P_{D_1}^2{P}_{D_2}^1+P_{D_3}^1{P}_{D_2}^2+P_{D_4}^1)R_D^1+(P_{D_2}^1(1-P_{D_1}^2)+P_{D_3}^1(1-P_{D_2}^2))R_D^2.$

在认知用户最大功率及授权用户的中断性能的约束下，优化问题如下：

$s.t.\left\{\begin{array}{c}0\&le;p_s^2\&le;P_s\\ P_{\mathrm{out}}^p\&le;P_{\mathrm{th}}\end{array}\right.;$

其中，P_th是授权用户在第二个时隙的中断门限，是授权用户在第二个时隙的中断概率，则有：

$P_{\mathrm{out}}^p=({\log }_2(1+\frac{P_p{g}_{11}}{1+p_s^1{g}_{21}}+\frac{P_p{g}_{11}}{1+p_s^2{g}_{21}})\&le;R_p);$

其中，R_p为授权用户的中断速率。

认知用户的传输速率是的增函数，求解的范围，由于g₁₁和g₂₁服从指数分布，可以近似为：

$\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{succ}}^p\stackrel{\left(c\right)}{\&ap;}({\log }_2(1+\frac{P_p{g}_{11}}{p_s^1{g}_{21}}+\frac{p_p{g}_{11}}{p_s^2{g}_{21}})\&le;R_p)\\ =\frac{p_s^1{p}_s^2(2^{R_p}-1){\mathrm{\&sigma;}}_{21}^2}{p_s^1{p}_s^2(2^{R_p}-1){\mathrm{\&sigma;}}_{21}^2+(p_s^1+p_s^2){\mathrm{\&sigma;}}_{11}^2}\end{array};$

其中，(c)代表在高SNR区域的近似；由于和因而，得到最优的传输功率为：

$p_s^2=\left\{\begin{array}{cc}{P}_s,& (2^{R_p}-1)(1-P_{\mathrm{th}}){\mathrm{\&sigma;}}_{21}^2{p}_s^1<P_{\mathrm{th}}{P}_p{\mathrm{\&sigma;}}_{11}^2\\ \min (P_s,P_s^{\&prime;})& \mathrm{else}\end{array}\right.;$

其中：

$P_s^{\&prime;}={(\frac{(2^{R_p}-1)(1-P_{\mathrm{th}}){\mathrm{\&sigma;}}_{21}^2}{P_{\mathrm{th}}{P}_p{\mathrm{\&sigma;}}_{11}^2}-\frac{1}{p_s^1})}^{-1}.$

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的认知无线网络中面向授权用户自动重传请求的频谱资源共享方法，在第一个时隙授权用户进行首次传输，认知用户采用传输的Underlay方式共享信道，此时认知用户监听授权用户的ARQ(自动重传请求)信息并且解码授权用户信息；第二个时隙内认知用户利用授权用户的信息冗余重新分配其传输功率来保证授权用户的传输质量，同时利用冗余信息进行干扰消除。本发明基于信道统计信息获得认知用户在首次传输和重传时隙内成功消除干扰的概率，并利用此概率计算认知用户的平均传输速率。本发明构造了最大化认知用户平均传输速率的优化问题，并求解得到了认知用户在重传时隙的功率分配方案。通过干扰消除，认知用户可以获得更高的传输速率，同时授权用户ARQ(自动重传请求)信息可以被认知用户利用以保护授权用户的传输以降低授权用户的中断概率。

附图说明

图1为认知无线电网络传输模型；

图2为认知用户的平均传输速率仿真图；

图3为授权用户的平均中断概率仿真图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明考虑一个Underlay网络，如图1所示。授权用户网络由一个授权用户发送端(PT)和授权用户接收端(PR)组成。当授权用户的首次传输经历中断时(首次传输链路经历了严重的衰落或干扰)，PR将发送自动重传请求以进行重传传输。我们假设授权用户信息只有一次重传机会，认知网络由一个认知发送端(ST)和一个认知接收端(SR)组成。认知用户将监听授权用户的自动重传请求信号以分配功率并共享授权信道。

假设认知用户网络与授权用户网络是同步的，并且两个网络都经历了独立平稳的瑞利衰落，即：在每一帧内，信道状态保持不变，而在不同的帧间，信道状态独立变化。此外，每个数据帧分为两个时隙，分别对应于授权用户的首次传输及重新传输。我们假定ST可以获得ST到SR的信道状态信息。对于PT到PR，ST到PR及PT到SR，ST只能得到其统计信道状态信息。

PT→PR，PT→PR，PT→PR及ST→PR的信道功率增益分别为g₁₁，g₁₂，g₂₂和g₂₁。由于这些信道经历了瑞利衰落，因此变量g₁₁，g₁₂和g₂₁服从指数分布，并且其参数分别为和假设系统中的噪声为循环高斯白噪声并且服从零均值单位方差的高斯分布。授权用户的传输功率为P_p并且其中断速率为R_p。认知用户的最大传输功率为P_s并且其目标速率为R_s。

本发明所提出的认知无线网络中面向授权用户自动重传请求的频谱资源共享方法分为两个时隙实现，具体实现过程为：

1、在第一个传输时隙，认知用户采用Underlay模式接入频谱。在授权用户的干扰门限约束下，认知用户可以获得的传输速率为：

$R_s^{\mathrm{ini}}=\mathrm{lo}{g}_2(1+\frac{p_s^1{g}_{22}}{1+P_p{g}_{12}})$

其中，传输功率是认知用户的发射功率，可以通过以下优化问题得到

$s.t.\left\{\begin{array}{c}0\&le;p_s^1\&le;P_s\\ p_s^1{g}_{21}\&le;I_{\mathrm{th}}\end{array}\right.$

因此，我们可以得到此时的传输功率为：

$p_s^1=\min (P_s,\frac{I_{\mathrm{th}}}{{\mathrm{\&sigma;}}_{21}^2})$

在授权用户信息首次传输时，SR将受到授权用户的干扰。假设ST和PR之间的距离小于PT到SR之间的距离。此时，SR会首先解码来自认知用户的信息，然后解码授权用户的信息以便于在重传时隙进行干扰消除。g₁₁和g₂₁的统计信道状态信息以及g₂₂的瞬时信道状态信息，我们可以得到认知用户成功消除授权用户干扰的概率如下：

(a)如果认知用户信息被正确解码且授权用户信息也被正确解码的概率，认知用户可以在重传时隙直接消除干扰，此种情况的概率为：

$\begin{array}{c}{P}_{D_1}^1=\mathrm{Pr}({\log }_2(1+\frac{p_s^1{g}_{22}}{1+P_p{g}_{12}})\&GreaterEqual;R_s)\mathrm{Pr}(\mathrm{lo}{g}_2(1+P_p{g}_{12})\&GreaterEqual;R_p)\\ =(1-\exp (-\frac{1}{{\mathrm{\&sigma;}}_{12}^2}(\frac{p_s^1{\left|h_{22}\right|}^2}{(2^{R_s}-1)P_p}-\frac{1}{P_p})))\exp (-\frac{2^{R_p}-1}{{\mathrm{\&sigma;}}_{12}^2{P}_p})\end{array}$

(b)如果授权用户及认知用户信息都未被成功解码，此时SR将会存储授权用户的信息以消除重传时隙来自授权用户的干扰，此时的概率为：

$\begin{array}{c}{P}_{D_3}^1=\mathrm{Pr}({\log }_2(1+\frac{p_s^1{g}_{22}}{1+P_p{g}_{12}})<R_s)\mathrm{Pr}(\mathrm{lo}{g}_2(1+\frac{p_p{g}_{12}}{1+p_s^1{g}_{22}})<R_p)\\ =\exp (-\frac{1}{{\mathrm{\&sigma;}}_{12}^2}(\frac{P_s^1{g}_{22}}{(2_s^R-1)P_p}-\frac{1}{P_p}))(1-\exp (-\frac{(2_p^R-1)(1+p_s^1{g}_{22})}{{\mathrm{\&sigma;}}_{12}^2{P}_p}))\end{array}$

(c)如果认知用户信息未被成功解码，而授权用户信息被成功解码，此时的概率为：

$P_{D_4}^1=1-P_{D_1}^1-P_{D_2}^1-P_{D_3}^1$

在首次传输时，如果授权用户的信息被成功解码，则认知用户可以在重传时隙直接消除干扰，如果授权用户信息未被成功解码，则此信息会被认知用户存储以便于在重传时隙进行干扰消除。

2、在第二个传输时隙认知用户首先计算干扰消概率并根据此概率分配功率。如果认知用户在授权用户信息首次传输时已成功解码授权用户信息，那么在授权用户的重传时隙内，认知用户可以直接消除干扰。如果授权用户信息未被成功解码，则认知用户将利用授权用户信息的冗余来消除干扰。

(a)如果首次传输时，认知用户信息被成功解码，而授权用户信息未被成功解码，则在重传时隙内，认知用户成功消除干扰的概率为：

$P_{D_1}^2=\mathrm{Pr}({\log }_2(1+P_p{g}_{12}+\frac{P_p{g}_{12}}{1+p_s^2{g}_{22}})\&GreaterEqual;R_p)=\exp (-\frac{1}{{\mathrm{\&sigma;}}_{12}^2}\frac{2_p^R-1}{P_p+\frac{p_p}{1+p_s^2{g}_{22}}})$

(b)如果首次传输时隙内，认知用户信息和授权用户信息都未被成功解码，则重传时隙内，认知用户可以成功解码的概率为：

$P_{D_2}^2=\mathrm{Pr}({\log }_2(1+\frac{P_p{g}_{12}}{1+p_s^1{g}_{22}}+\frac{P_p{g}_{22}}{1+p_s^2{g}_{22}})\&GreaterEqual;R_p)=\exp (-\frac{1}{{\mathrm{\&sigma;}}_{12}^2}\frac{2_p^R-1}{\frac{P_p}{1+p_s^1{g}_{22}}+\frac{P_p}{1+p_s^2{g}_{22}}})$

在授权用户重传时隙内，如果认知用户成功消除干扰，则其传输速率R¹ _D为：

$R_D^1=\mathrm{lo}{g}_2(1+p_s^2{g}_{22})$

否则，认知用户将会以速率传输，为

$R_D^2={\log }_2(1+\frac{p_s^2{g}_{22}}{1+P_p{g}_{12}})$

此时，我们可以得到认知用户在授权用户信息重传时的平均传输速率为：

$R_s^{\sec }=(P_{D_1}^1+P_{D_1}^2{P}_{D_2}^1+P_{D_3}^1{P}_{D_2}^2+P_{D_4}^1)R_D^1+(P_{D_2}^1(1-P_{D_1}^2)+P_{D_3}^1(1-P_{D_2}^2))R_D^2$

在认知用户最大功率及授权用户的中断性能的约束下，我们的功率分配优化问题如下：

$s.t.\left\{\begin{array}{c}0\&le;p_s^2\&le;P_s\\ P_{\mathrm{out}}^p\&le;P_{\mathrm{th}}\end{array}\right.$

其中，P_th是授权用户在重传时隙的中断门限，是授权用户在重传时隙的中断概率：

$P_{\mathrm{out}}^p=({\log }_2(1+\frac{P_p{g}_{11}}{1+p_s^1{g}_{21}}+\frac{P_p{g}_{11}}{1+p_s^2{g}_{21}})\&le;R_p)$

其中，由于认知用户的传输速率是的增函数，因此我们需要求解的范围。由于g₁₁和g₂₁服从指数分布，可以近似为

$\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{succ}}^p\stackrel{\left(c\right)}{\&ap;}({\log }_2(1+\frac{P_p{g}_{11}}{p_s^1{g}_{21}}+\frac{p_p{g}_{11}}{p_s^2{g}_{21}})\&le;R_p)\\ =\frac{p_s^1{p}_s^2(2^{R_p}-1){\mathrm{\&sigma;}}_{21}^2}{p_s^1{p}_s^2(2^{R_p}-1){\mathrm{\&sigma;}}_{21}^2+(p_s^1+p_s^2){\mathrm{\&sigma;}}_{11}^2}\end{array}$

由于和因而我们可以得到最优的传输功率为：

$p_s^2=\left\{\begin{array}{cc}{P}_s,& (2^{R_p}-1)(1-P_{\mathrm{th}}){\mathrm{\&sigma;}}_{21}^2{p}_s^1<P_{\mathrm{th}}{P}_p{\mathrm{\&sigma;}}_{11}^2\\ \min (P_s,P_s^{\&prime;})& \mathrm{else}\end{array}\right.;$

其中：

$P_s^{\&prime;}={(\frac{(2^{R_p}-1)(1-P_{\mathrm{th}}){\mathrm{\&sigma;}}_{21}^2}{P_{\mathrm{th}}{P}_p{\mathrm{\&sigma;}}_{11}^2}-\frac{1}{p_s^1})}^{-1}.$

仿真实验：

我们将对我们所提出的频谱共享方案进行仿真验证。在我们的仿真中，授权用户以固定功率0.5W进行传输，而认知用户的最大传输功率也为0.5W。授权用户和认知用户的中断传输速率分别为4bps/Hz和2bps/Hz。

此外，参见图2，我们也将仿真KMK方案作为我们所提方案的对比。KMK方案中，认知用户将监视授权用户传输速率，只有当授权用户传输速率大于某一门限时，认知用户才会接入信道。在仿真中，我们将仿真认知用户的平均传输速率及授权用户的中断概率。

我们得到了认知用户平均传输速率随授权用户的中断概率门限P_th的变化情况并且我们的理论分析结果和实际仿真结果很好的吻合。随着P_th的增大，授权用户可以容忍更大的干扰，因而认知用户可以以更高的功率接入信道，得到较高的传输速率。由于我们利用了授权用户重传所造成的冗余信息，认知用户可以以更高的概率的消除授权用户带来的干扰，因而在我们的方案中，认知用户的平均传输速率最高。

在图3中，我们得到了授权用户的平均中断概率随授权用户传输功率变化的曲线。授权用户传输功率的增大，意味着授权用户可以容忍更大的干扰，因而授权用户的中断概率下降。由于我们的方案充分考虑了授权用户的中断性能要求，因此授权用户的中断性能最优。而KMK方案在授权用户的传输速率大于某一门限接入信道，因此在授权用户功率比较高时，对授权用户影响比较小，性能优于Underlay，而在授权用户功率比较低时，性能比Underlay差。

本发明公开了认知无线网络中面向授权用户ARQ频谱资源的共享方案。在认知无线电网络中，授权用户的信息重传可能会带来信息冗余，并且此冗余信息可以被认知用户利来来消除干扰，以提高平均传输速率。因此本发明提出了一种利用授权用户信息得传的频谱共享方案。此方案分为两个时隙实现。认知用户在授权用户信息首次传输时采用Underlay模式进行传输。在此时隙结束时，认知用户将解码授权用户信息，用于消除授权用户的干扰。并进一步监听授权用户的ARQ信号。在授权用户ARQ时隙中，如果认知用户已经成功解码授权用户的首次传输信息，认知用户可以利用解码信息直接进行消除干扰。如果认知用户未能成功解码授权用户首次传输信息，则认知用户利用授权用户重传带来的信息冗余进行干扰抑制。在此方案中，我们将基于信道统计信息获得认知用户在首次传输和重传时隙内成功消除干扰的概率，并利用此概率计算认知用户的平均传输速率。在此基础上，我们构造了最大化认知用户平均传输速率的优化问题，并求解得到了认知用户在重传时隙的功率分配方案。仿真结果表明我们所提方案在认知用户的平均传输速率及授权用户的中断概率方面优于传统的ARQ频谱共享方案。

Claims (8)

1.一种认知无线网络中面向授权用户自动重传请求的频谱资源共享方法，其特征在于，采用时分机制，将认知无线电网络的每个数据帧等分为两个时隙：

在第一个时隙内授权用户进行首次传输，认知用户采用传输的Underlay方式共享信道；

在第二个时隙内授权用户根据自动重传请求信息进行重新传输，认知用户在保证授权用户中断性能的情况下共享信道。

2.根据权利要求1所述的一种认知无线网络中面向授权用户自动重传请求的频谱资源共享方法，其特征在于，在第二个时隙内授权用户根据自动重传请求信息进行重新传输，利用重新传输带来的信息冗余进行干扰消除，并以最大化传输速率为目标，在授权用户的中断性能的约束下，分配第二个时隙内认知用户的传输功率。

3.根据权利要求1所述的一种认知无线网络中面向授权用户自动重传请求的频谱资源共享方法，其特征在于，在第一个时隙内，认知用户采用Underlay方式进行传输，获得传输速率为：

$R_s^{\mathrm{ini}}={\log }_2(1+\frac{p_s^1{g}_{22}}{1+P_p{g}_{12}});$

其中，P_p为授权用户的发射功率，g₁₂为授权用户发射端PT到认知用户接收端SR的信道功率增益，g₂₂为认知用户发射端ST到认知用户接收端SR的信道功率增益，是认知用户的发射功率，通过以下优化得到：

其中，P_s为认知用户的最大发射功率，I_th是授权用户的干扰门限，表示期望结果；为的单调增函数，此时的传输功率为：

$p_s^1=\min (P_s,\frac{I_{\mathrm{th}}}{{\mathrm{\&sigma;}}_{21}^2});$

为指数分布g₂₁变量的参数。

4.根据权利要求3所述的一种认知无线网络中面向授权用户自动重传请求的频谱资源共享方法，其特征在于，在第一个时隙内授权用户信息首次传输时，认知用户接收端SR首先解码来自认知用户的信息，然后解码授权用户的信息，利用授权用户发射端PT到授权用户接收端PR的信道功率增益g₁₁，PT到认知用户接收端SR的信道功率增益g₂₁的统计信道状态信息以及g₂₂的瞬时信道状态信息，得到认知用户成功消除授权用户干扰的概率如下：

若认知用户信息被正确解码且授权用户信息也被正确解码，则认知用户在第二个时隙直接消除干扰，此种情况的概率为：

$\begin{array}{c}{P}_{D_1}^1=\mathrm{Pr}({\log }_2(1+\frac{p_s^1{g}_{22}}{1+P_p{g}_{12}})\&GreaterEqual;R_s)\mathrm{Pr}({\log }_2(1+P_p{g}_{12})\&GreaterEqual;R_p)\\ =(1-\exp (-\frac{1}{{\mathrm{\&sigma;}}_{12}^2}(\frac{p_s^1{\left|h_{22}\right|}^2}{(2^{R_s}-1)P_p}-\frac{1}{P_p})))\exp (-\frac{2^{R_p-1}}{{\mathrm{\&sigma;}}_{12}^2{P}_p})\end{array};$

其中，和为指数分布g₁₁和g₁₂的参数；

若授权用户及认知用户信息都未被成功解码，则认知用户接收端SR将存储授权用户的信息以消除第二个时隙来自授权用户的干扰，此种情况的概率为：

$\begin{array}{c}{P}_{D_3}^1=\mathrm{Pr}({\log }_2(1+\frac{p_s^1{g}_{22}}{1+P_p{g}_{12}})<R_s)\mathrm{Pr}({\log }_2(1+\frac{P_p{g}_{12}}{1+p_s^1{g}_{22}})<R_p)\\ =\exp (-\frac{1}{{\mathrm{\&sigma;}}_{12}^2}(\frac{p_s^1{g}_{22}}{{(2}_s^R-1)P_p}-\frac{1}{P_p}))(1-\exp (-\frac{(2_p^R-1)(1+p_s^1{g}_{22})}{{\mathrm{\&sigma;}}_{12}^2{P}_p}))\end{array};$

若认知用户信息未被成功解码，而授权用户信息被成功解码，此种情况的概率为：

$P_{D_4}^1=1-P_{D_1}^1-P_{D_2}^1-P_{D_3}^1.$

5.根据权利要求1所述的一种认知无线网络中面向授权用户自动重传请求的频谱资源共享方法，其特征在于，在第二个时隙内认知用户首先计算干扰消除概率，并根据此概率分配功率：

若认知用户在授权用户信息首次传输时成功解码授权用户信息，则在授权用户的第二个时隙内，认知用户直接消除干扰；

若授权用户信息未被成功解码，则认知用户将利用授权用户信息的冗余来消除干扰；

若首次传输时，认知用户信息被成功解码，而授权用户信息未被成功解码，则在第二个时隙内，认知用户成功消除干扰的概率为：

$P_{D_1}^2=\mathrm{Pr}({\log }_2(1+P_p{g}_{12}+\frac{P_p{g}_{12}}{1+p_s^2{g}_{22}})\&GreaterEqual;R_p)=\exp (-\frac{1}{{\mathrm{\&sigma;}}_{12}^2}\frac{2_p^R-1}{P_p+\frac{P_p}{1+p_s^2{g}_{22}}});$

其中，为认知用户在第二个时隙内的发送功率；

若首次传输时隙内，认知用户信息和授权用户信息都未被成功解码，则第二个时隙内，认知用户成功解码的概率为：

$P_{D_2}^2=\mathrm{Pr}({\log }_2(1+\frac{P_p{g}_{12}}{1+p_s^1{g}_{22}}+\frac{P_p{g}_{12}}{1+p_s^2{g}_{22}})\&GreaterEqual;R_p)=\exp (-\frac{1}{{\mathrm{\&sigma;}}_{12}^2}\frac{2_p^R-1}{\frac{P_p}{1+p_s^1{g}_{22}}+\frac{P_p}{1+p_s^2{g}_{22}}})..$

6.根据权利要求5所述的一种认知无线网络中面向授权用户自动重传请求的频谱资源共享方法，其特征在于，在第二个时隙内授权用户根据自动重传请求信息进行重新传输，若认知用户成功消除干扰，则其传输速率为：

$R_D^1={\log }_2(1+p_s^2{g}_{22});$

否则，认知用户将会以速率传输，为

$R_D^2={\log }_2(1+\frac{p_s^2{g}_{22}}{1+P_p{g}_{12}});$

此时，得到认知用户在授权用户信息重传时的平均传输速率为：

$R_s^{\sec }=(P_{D_1}^1+P_{D_1}^2{P}_{D_2}^1+P_{D_3}^1{P}_{D_2}^2+P_{D_4}^1)R_D^1+(P_{D_2}^1(1-P_{D_1}^2)+{P_{D_3}^1(1-P_{D_2}^2)}_{})R_D^2.$

7.根据权利要求2或6所述的一种认知无线网络中面向授权用户自动重传请求的频谱资源共享方法，其特征在于，在认知用户最大功率及授权用户的中断性能的约束下，优化问题如下：

其中，P_th是授权用户在第二个时隙的中断门限，是授权用户在第二个时隙的中断概率，则有：

$P_{\mathrm{out}}^p=({\log }_2(1+\frac{P_p{g}_{11}}{1+p_s^1{g}_{21}}+\frac{P_p{g}_{11}}{1+p_s^2{g}_{21}})\&le;R_p);$

其中，R_p为授权用户的中断速率。

8.根据权利要求7所述的一种认知无线网络中面向授权用户自动重传请求的频谱资源共享方法，其特征在于，认知用户的传输速率是的增函数，求解的范围，由于g₁₁和g₂₁服从指数分布，可以近似为：

$\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{succ}}^p\stackrel{\left(c\right)}{\&ap;}({\log }_2(1+\frac{p_p{g}_{11}}{p_s^1{g}_{21}}+\frac{P_p{g}_{11}}{p_s^2{g}_{21}})\&le;R_p)\\ =\frac{p_s^1{p}_s^2(2^{R_p}-1){\mathrm{\&sigma;}}_{21}^2}{p_s^1{p}_s^2(2^{R_p}-1){\mathrm{\&sigma;}}_{21}^2+(p_s^1+p_s^2){\mathrm{\&sigma;}}_{11}^2}\end{array};$

其中，(c)代表在高SNR区域的近似；由于和因而，得到最优的传输功率为：

$p_s^2=\left\{\begin{array}{cc}{P}_s,& (2^{R_p}-1)(1-P_{\mathrm{th}}){\mathrm{\&sigma;}}_{21}^2{p}_s^1<P_{\mathrm{th}}{P}_p{\mathrm{\&sigma;}}_{11}^2\\ \min (P_s,P_s^{\&prime;}),& \mathrm{else}\end{array}\right.;$

其中：

$P_s^{\&prime;}={(\frac{(2^{R_p}-1)(1-P_{\mathrm{th}}){\mathrm{\&sigma;}}_{21}^2}{P_{\mathrm{th}}{P}_p{\mathrm{\&sigma;}}_{11}^2}-\frac{1}{p_s^1})}^{-1}.$