CN108513334A - 一种应用于认知混合双工网络的中继选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护一种应用于认知混合双工网络的中继选择方法，包括步骤：建立认知中继网络下中继选择模型，在保证认知用户能够完成通信的条件下，以最小化认知用户对主用户的干扰为目标，建立最小干扰优化模型，从而使模型描述更加准确，通过穷举法进行求解，进而选择出对主用户造成干扰最小的中继结点，使主用户频谱接入认知用户后，在保证认知用户满足一定性能的前提下，令主用户容忍更小的干扰，从而提升主用户性能。

Description

一种应用于认知混合双工网络的中继选择方法

技术领域

本发明属于移动无线通信技术领域，尤其是一种认知混合双工网络中的的中继选择机制。

背景技术

认知无线电技术允许主用户和认知用户共存，全双工中继技术能够实现在相同时间相同的频率上实现信号的接收和发送，两种技术都是今后提升网络中频谱利用率的主流技术，在通常情况下，每个认知用户都是潜在的中继结点，随着移动设备的迅速发展，可选的中继结点的数量十分庞大，因而对在认知中继网络下的中继选择方法的研究很有意义，认知中继网络架构如图1所示。在Underlay模式认知中继网络中，一些中继选择方法如最优认知用户容量中继选择(Optimal Relay Selection，ORS)，基于最大最小准则(Max-Min，MM)的中继选择，最优调和平均准则(Best Harmonic Mean，BHM)的中继选择等也被相继提出。其中，最优认知用户容量中继选择根据信道容量最优选择中继结点，选择的中继结点是所有中继结点中能够使源结点到目的结点容量最大的中继结点；基于最大最小准则的中继选择不用计算容量，根据源结点到中继结点，中继结点到目的结点链路的信噪比进行中继选择，每个中继结点首先比较各自这两条链路的信噪比，选择较小信噪比值作为该中继结点的综合性能参数，再根据该参数设置定时器，选择该综合性能参数最大的中继结点作为被选中继；基于最优调和平均准则的中继选择将源结点到中继结点，中继结点到目的结点链路的信干噪比的最优调和平均值作为设置定时器的综合性能参数，选择调和平均值最大的中继结点作为被选中继。

通过上述技术可以看出，现有认知中继技术模型缺乏对认知用户对主用户造成的干扰的描述，因而不够准确，其都遵循一个原则：只要在干扰温度的限制下，认知网络可以通过中继选择方案尽可能的增大容量(或降低中断概率)，导致结点发射功率偏大，进而对主用户造成的较大干扰。而实际上，即使认知用户能够满足严格的干扰温度的限制，主用户网络也要牺牲自己的(性能或功率)去容忍更高的干扰。例如，在认知用户复用主用户的网络之后，主用户需要增加功率以维持与之前相同的服务质量(Quality of service QoS)，或者使用相同的功率，降低自身的QoS。本发明提出一种应用于认知混合双工网络下的中继选择机制，能够选取对主用户干扰最小的中继结点进行通信。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种保证认知用户满足一定性能的前提下，令主用户容忍更小的干扰，从而提升主用户性能的应用于认知混合双工网络的中继选择方法。本发明的技术方案如下：

一种应用于认知混合双工网络的中继选择方法，其包括以下步骤：

1)、当基站与目的终端的通信发生中断时，基站广播发送中继请求消息；

2)、候选中继终端R_k接收到基站的中继请求消息后，在每个候选中继终端R_k处调用信道估计模块计算本终端到目的终端的信道状态参量将预设的信噪比的阈值γ₀和带入信干噪比公式中求得候选中继终端到目的终端通信所需的最小发射功率并与候选中继终端R_k的最大发射功率相比较；

3)、基站接收并读取候选中继终端R_k发送来的反馈信息，包括候选中继终端到目的终端的信道状态参量全双工中继模式时候选中继终端R_k处的自干扰信道状态参量和候选中继终端R_k到主用户接收终端PU_R的信道状态参量然后调用信道估计模块计算基站到此候选中继终端R_k的信道状态参量将和预设的信干噪比阈值γ₀带入全双工中继模式时候选中继终端R_k处接收信干噪比的公式中，求得全双工中继模式时基站完成到候选中继终端R_k通信所需的最小发射功率将与基站的最大发射功率相比较；

4)、调用信道估计模块计算基站到PU_R的信道状态参量将与之前读取的代入到全双工中继模式时认知用户终端对主用户终端造成的干扰的公式中，求得认知用户对主用户造成的干扰I_全，将I_全和预设的干扰温度I相比较；

5)、通过设定合适的时间定时触发，在基站处检测集合F是否为空集合；

6)、在基站处将和γ₀带入半双工中继模式时R_k处接收信干噪比的公式中，求得半双工时基站完成到R_k通信所需的最小发射功率将与基站的最大发射功率相比较；

7)、将代入基站对主用户接收终端造成的干扰公式中求得I_半-基站，将代入R_k对主用户接收终端造成的干扰公式中求得比较I_半-基站、和I的大小；

8)、设定合适的时间完成定时触发，针对H中的每个R_k，分别比较其I_半-基站，并将其中较大的值加入到集合M中，再从M中取最小值即可选择出半双工中继模式时对主用户终端干扰最小的中继终端进行通信。

进一步的，所述步骤2)最小发射功率与候选中继终端R_k的最大发射功率相比较具体包括：

2.1若小于则在R_k处构建反馈信息并发送至基站，此反馈信息包括候选中继终端到目的终端的信道状态参量R_k最小的最小发射功率全双工中继模式时R_k处的自干扰信道状态参量R_k到主用户接收终端PU_R的信道状态参量

2.2若大于则忽略此消息，不进行任何操作。

进一步的，所述步骤3)将与基站的最大发射功率相比较具体包括：

3.1若小于则跳至步骤4)；

3.2若大于则忽略此消息，不进行任何操作。

进一步的，所述步骤4)将I_全和预设的干扰温度I相比较，具体包括：

4.1若I_全小于I，则将此R_k加入到全双工候选中继集合F中；

4.2若I_全大于I，则不进行任何操作。

进一步的，所述步骤5)通过设定合适的时间定时触发，在基站处检测集合F是否为空集合，具体包括：

5.1若F为非空集合，则从F中选择I_全值最小的候选中继终端进行通信；

5.2若F为空集合，则触发基站切换到半双工中继模式进行选择，跳至步骤6)。

进一步的，所述步骤6)将与基站的最大发射功率相比较，具体包括：

6.1若小于则跳至步骤7)；

6.2若大于则丢弃此终端发来的消息。

进一步的，所述步骤7)比较I_半-基站、和I的大小，具体包括：

7.1当I_半-基站小于I且时，将R_k加入到半双工候选中继集合H中；

7.2当不满足I_半-基站小于I且时，则丢弃此终端发来的消息。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明建立认知中继网络下中继选择模型，在保证认知用户能够完成通信的条件下，以最小化认知用户对主用户的干扰为目标，建立最小干扰优化模型，从而使模型描述更加准确，通过穷举法进行求解，进而选择出对主用户造成干扰最小的中继结点，使主用户频谱接入认知用户后，在保证认知用户满足一定性能的前提下，令主用户容忍更小的干扰，从而提升主用户性能。

附图说明

图1是本发明提供优选实施例认知中继网络架构图；

图2是本发明中认知中继网络下中继选择模型；

图3是本发明中基站中继请求模块；

图4是本发明中候选中继终端处理中继请求模块；

图5是本发明中基站对中继应答消息的处理模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

本发明提出了一种应用于认知混合双工网络中，最小化认知用户对主用户的干扰的中继选择机制，该机制包含3个模块：基站中继请求模块，候选中继终端处理中继请求模块和基站对中继应答消息的处理模块。

在Underlay模式下，设定干扰温度为I。对于可以采用全双工中继模式的终端，其S到R_k和R_k到D的信干噪比必须满足预设的最小信干噪比γ₀的限制，表示为当对于K个中继结点，均不能同时满足条件时，则提出的方案将切换到半双工中继模式再次判断。与全双工中继模式不同的是，在半双工中继时中继用户处没有自干扰链路的存在，因此半双工需要满足的条件是

本发明中实施案例的系统中包括基站，主用户发射端PU_S，主用户接收端PU_R，认知用户目的终端，以及10个认知用户充当中继终端。

本发明通过以下步骤实现应用于认知混合双工网络中最小化认知用户对主用户的干扰的中继选择机制。

1.当基站与目的终端PU_R的通信发生中断时，基站广播发送中继请求消息；

2.R_k接收到基站的中继请求消息后，在每个R_k，k∈(0,10)处调用信道估计模块计算本终端到目的终端的信道状态参量将预设的信噪比的阈值γ₀和带入信干噪比公式中求得R_k完成R_k到D通信所需的最小发射功率并与R_k的最大发射功率相比较。

2.1若小于则在R_k处构建反馈信息并发送至基站，此反馈信息包括候选中继终端到目的终端的信道状态参量R_k最小的最小发射功率全双工中继模式时R_k处的自干扰信道状态参量R_k到主用户接收终端PU_R的信道状态参量

2.2若大于则忽略此消息，不进行任何操作；

3.基站接收到R_k发送来的反馈信息，读取其中的和并调用信道估计模块计算基站到此R_k的信道状态参量将和预设的信干噪比阈值γ₀带入全双工中继模式时R_k处接收信干噪比的公式中，求得全双工中继模式时基站完成到R_k通信所需的最小发射功率将与基站的最大发射功率相比较；

3.1若小于则跳至步骤4；

3.2若大于则忽略此消息，不进行任何操作；

4.调用信道估计模块计算基站到PU_R的信道状态参量将与之前读取的代入到全双工中继模式时认知用户终端对主用户终端造成的干扰的公式中，求得认知用户对主用户造成的干扰I_全，将I_全和预设的干扰温度I相比较；

4.1若I_全小于I，则将此R_k加入到全双工候选中继集合F中；

4.2若I_全大于I，则不进行任何操作；

5.通过设定合适的时间定时触发，在基站处检测集合F是否为空集合

5.1若F为非空集合，则从F中选择I_全值最小的候选中继终端进行通信；

5.2若F为空集合，则触发基站切换到半双工中继模式进行选择，跳至步骤6；

6.在基站处将和γ₀带入半双工中继模式时R_k处接收信干噪比的公式中，求得半双工时基站完成到R_k通信所需的最小发射功率将与基站的最大发射功率相比较；

6.1若小于则跳至步骤7；

6.2若大于则丢弃此终端发来的消息；

7.将代入基站对主用户接收终端造成的干扰公式中求得I_半-基站，将代入R_k对主用户接收终端造成的干扰公式中求得比较I_半-基站，和I的大小；

7.1当I_半-基站小于I且时，将R_k加入到半双工候选中继集合H中；

7.2当不满足I_半-基站小于I且时，则丢弃此终端发来的消息；

8.设定合适的时间完成定时触发，针对H中的每个R_k，分别比较其I_半-基站，并将其中较大的值加入到集合M中，再从M中取最小值即可选择出半双工中继模式时对主用户终端干扰最小的中继终端进行通信。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种应用于认知混合双工网络的中继选择方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、当基站与目的终端的通信发生中断时，基站广播发送中继请求消息；

2)、候选中继终端R_k接收到基站的中继请求消息后，在每个候选中继终端R_k处调用信道估计模块计算本终端到目的终端的信道状态参量将预设的信噪比的阈值γ₀和带入信干噪比公式中求得候选中继终端到目的终端通信所需的最小发射功率并与候选中继终端R_k的最大发射功率相比较；

3)、基站接收并读取候选中继终端R_k发送来的反馈信息，包括候选中继终端到目的终端的信道状态参量全双工中继模式时候选中继终端R_k处的自干扰信道状态参量和候选中继终端R_k到主用户接收终端PU_R的信道状态参量然后调用信道估计模块计算基站到此候选中继终端R_k的信道状态参量将 和预设的信干噪比阈值γ₀带入全双工中继模式时候选中继终端R_k处接收信干噪比的公式中，求得全双工中继模式时基站完成到候选中继终端R_k通信所需的最小发射功率将与基站的最大发射功率相比较；

4)、调用信道估计模块计算基站到PU_R的信道状态参量将与之前读取的 代入到全双工中继模式时认知用户终端对主用户终端造成的干扰的公式中，求得认知用户对主用户造成的干扰I_全，将I_全和预设的干扰温度I相比较；

5)、通过设定合适的时间定时触发，在基站处检测集合F是否为空集合；

6)、在基站处将和γ₀带入半双工中继模式时R_k处接收信干噪比的公式中，求得半双工时基站完成到R_k通信所需的最小发射功率将与基站的最大发射功率相比较；

7)、将代入基站对主用户接收终端造成的干扰公式中求得I_半-基站，将 代入R_k对主用户接收终端造成的干扰公式中求得比较I_半-基站、和I的大小；

8)、设定合适的时间完成定时触发，针对H中的每个R_k，分别比较其I_半-基站，并将其中较大的值加入到集合M中，再从M中取最小值即可选择出半双工中继模式时对主用户终端干扰最小的中继终端进行通信。

2.根据权利要求1所述的应用于认知混合双工网络的中继选择方法，其特征在于，所述步骤2)最小发射功率与候选中继终端R_k的最大发射功率相比较具体包括：

2.1若小于则在R_k处构建反馈信息并发送至基站，此反馈信息包括候选中继终端到目的终端的信道状态参量R_k最小的最小发射功率全双工中继模式时R_k处的自干扰信道状态参量R_k到主用户接收终端PU_R的信道状态参量

2.2若大于则忽略此消息，不进行任何操作。

3.根据权利要求2所述的应用于认知混合双工网络的中继选择方法，其特征在于，所述步骤3)将与基站的最大发射功率相比较具体包括：

3.1若小于则跳至步骤4)；

3.2若大于则忽略此消息，不进行任何操作。

4.根据权利要求2所述的应用于认知混合双工网络的中继选择方法，其特征在于，所述步骤4)将I_全和预设的干扰温度I相比较，具体包括：

4.1若I_全小于I，则将此R_k加入到全双工候选中继集合F中；

4.2若I_全大于I，则不进行任何操作。

5.根据权利要求2所述的应用于认知混合双工网络的中继选择方法，其特征在于，所述步骤5)通过设定合适的时间定时触发，在基站处检测集合F是否为空集合，具体包括：

5.1若F为非空集合，则从F中选择I_全值最小的候选中继终端进行通信；

5.2若F为空集合，则触发基站切换到半双工中继模式进行选择，跳至步骤6)。

6.根据权利要求5所述的应用于认知混合双工网络的中继选择方法，其特征在于，所述步骤6)将与基站的最大发射功率相比较，具体包括：

6.1若小于则跳至步骤7)；

6.2若大于则丢弃此终端发来的消息。

7.根据权利要求6所述的应用于认知混合双工网络的中继选择方法，其特征在于，所述步骤7)比较I_半-基站、和I的大小，具体包括：

7.1当I_半-基站小于I且时，将R_k加入到半双工候选中继集合H中；

7.2当不满足I_半-基站小于I且时，则丢弃此终端发来的消息。