CN109982441B - 基于混合noma的认知中继网络中的认知用户的接入方法及系统 - Google Patents

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CN109982441B CN201910171490.4A CN201910171490A CN109982441B CN 109982441 B CN109982441 B CN 109982441B CN 201910171490 A CN201910171490 A CN 201910171490A CN 109982441 B CN109982441 B CN 109982441B
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Abstract

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种基于混合NOMA的认知中继网络中的认知用户的接入方法及系统；主用户收发机以及认知用户收发机之间均无直传链路，需要中继节点协助转发，当主用户和认知用户以NOMA的方式传输时，需要同时满足主用户和认知用户的目标速率，此时认知用户和主用户共享频谱资源，若以NOMA的方式传输，不能同时满足主用户的目标速率，则由主用户单独传输。本发明为了提升认知用户的接入机会，采用了联合动态功率分配和动态解码模式的策略。本发明所提的方法可以有效地解决对应场景下认知用户接入主用户授权频段的问题。

Description

基于混合NOMA的认知中继网络中的认知用户的接入方法及 系统
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种基于混合NOMA的认知中继网络中的认知用户的接入方法及系统。
背景技术
目前，最接近的现有技术：目前关于认知协作NOMA的研究主要集中在假设主用户收发机之间无直传链路，而认知用户收发机有直传链路，认知用户发射机通过采用NOMA的形式给主用户转发信号，同时给认知用户接收机发送信号，或者假设主用户收发射机之间有直传链路，认知用户收发机之间无直传链路，通过借助中继节点给认知用户接收机转发信号。而在实际的通信中，存在主用户收发机之间无直传链路，同时认知用户收发机也无直传链路的场景。认知无线电技术允许认知用户动态地接入主用户的授权频段，提升频谱效率。NOMA技术通过在功率域进行复用，也可以提升频谱效率以及接入的用户数目。中继技术可以增强系统的覆盖范围。将它们进行合适地结合，可以进一步提升系统的性能。将中继技术引入到认知无线电中，构成认知中继网络，增强认知系统的覆盖范围，将NOMA技术引入到认知中继网络中，构成认知协作NOMA网络，增加认知用户接入机会。现有的关于认知协作NOMA的研究主要集中在，假设主用户收发机之间无直传链路，需要借助认知用户发射机进行转发，或者认知用户发射机之间无直传链路，需要借助中继节点进行转发。主用户收发机之间无直传链路时，认知用户发射机转发主用户信号，同时给认知用户发射机发送信号，这两个信号是以NOMA的方式叠加的，这样既解决了主用户收发机之间无直传链路的问题，也解决了认知用户的接入问题。
综上所述，现有技术存在的问题是：在实际的通信场景中，由于路径损耗等因素，存在主用户收发机之间无直传链路，同时认知用户收发机之间也无直传链路的，需要借助中继节点进行转发的情况，而针对这一场景目前还没有关于认知用户如何接接入主用户授权频段的方法。针对这一场景，采用传统的认知无线电技术，认知用户是无法接入的，这是因为如果认知用户采用Underlay模式时，主用户发射机和认知用户发射机同时给中继节点发送信号时，中继节点只能解码其中的一个信号，将另外一个信号当作噪声来处理，由于主用户的优先级高，中继节点选择解码主用户信号，认知用户便无接入机会。而认知用户采用Overlay模式接入时，需要主用户在某些时隙里没有使用其授权频段，当主用户一直在使用其授权频段时，认知用户采用Overlay模式便无法接入。而今年来新兴的NOMA技术的出现，为解决这一问题，提供了有效的解决方法。NOMA技术通过在发送端使用叠加编码，在接收端使用串行干扰删除技术，可以允许多个用户共享同一时频资源，在接收机端使用串行干扰删除技术，可以依次解码混叠信号中的各个信号。
解决上述技术问题的难度和意义：采用认知无线电中的Underlay模式或者Overlay模式，认知用户此时都是无法接入的，而通过引入NOMA技术，可以有效地解决认知用户的接入问题，同时也有效地扩大了认知用户的通信范围。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于混合NOMA的认知中继网络中的认知用户的接入方法及系统。
本发明是这样实现的，一种基于混合NOMA的认知中继网络中的认知用户的接入方法，所述基于混合NOMA的认知中继网络中的认知用户的接入方法包括：中继节点估计出各个链路的链路功率增益，据估计出的链路功率增益，确定当前时隙，是由主用户单独接入，还是由主用户和认知用户以NOMA的方式共同接入；
当主用户和认知用户以NOMA的方式共同接入时，确定主用户发射机和认知用户发射机所使用的功率，中继节点给主用户和认知用户信号分配的功率，中继节点和接收机处所使用的解码模式；
根据选择结果进行两个时隙的传说。
进一步，所述基于混合NOMA的认知中继网络中的认知用户的接入方法进一步包括：
(1)主用户发射机、主用户接收机、认知用户发射机和认知用户接收机向中继节点发送训练序列，中继节点根据接收到的训练序列估计出各个链路的链路功率增益；
(2)根据估计出的链路功率增益判断出用户单独传输时，两跳是否都可以满足主用户的目标速率，若能满足，则考虑认知用户的接入，进入(3)，否则只有主用户单独传输；
(3)计算主用户和认知用户同时传输时，中继节点机接收机处采用先解码主用户信号后解码认知用户信号，所分别需要的主用户发射机和认知用户发射机的功率，中继节点需要给主用户信号和认知用户分配的功率；如果计算所的功率满足最大功率限制，主用户发射机，认知用户发射机，以及中继节点使用相应的功率值发送信号，中继节点处以及接收机处使用相应的解码模式对信号进行解码；否则，进入(4)；
(4)计算主用户和认知用户同时传输时，中继节点先解码主用户信号，后解码认知用户信号，所分别需要的主用户发射机和认知用户发射机的功率，接收机处先解码认知用户信号后解码主用户信号；中继节点需要给主用户和认知用户信号分配的功率，如果计算所得功率满足最大功率限制，主用户发射机，认知用户发射机，以及中继节点使用相应的功率值发送信号，中继节点处以及接收机处使用相应的解码模式对信号进行解码；否则，进入(5)；
(5)计算主用户和认知用户同时传输时，中继节点先解码认知用户信号，后解码主用户信号，所分别需要的主用户发射机和认知用户发射机的功率，接收机处先解码主用户信号后解码认知用户信号；中继节点处需要给主用户和认知用户信号分配的功率，如果计算所得的功率满足相应的最大功率限制，主用户发射机，认知用户发射机；以及中继节点使用相应的功率值发送信号，中继节点处以及接收机处使用相应的解码模式对信号进行解码；否则，进入(6)；
(6)计算主用户和认知用户同时传输时，中继节点处以及接收机处先解码认知用户信号后解码主用户信号，所分别需要的主用户发射机功率和认知用户发射机功率；中继节点处需要给主用户和认知用户分配的功率，如果计算所得的功率满足相应的最大功率限制，主用户发射机，认知用户发射机，以及中继节点使用相应的功率值发送信号；中继节点处以及接收机处使用相应的解码模式对信号进行解码；否则，进入(7)；
(7)主用户单独传输。
进一步，所述基于混合NOMA的认知中继网络中的认知用户的接入方法具体包括：
第一步，主用户发射机、主用户接收机、认知用户发射机和认知用户接收机向中继节点发送训练序列，中继节点根据接收到的训练序列估计出各个链路的链路功率增益；进入第二步；
第二步，根据估计出的链路功率增益判断出用户单独传输时，两跳是否都可以满足主用户的目标速率，若能满足，则考虑认知用户的接入，进入第三步；否则进入第八步；
第三步，计算主用户和认知用户同时传输时，中继节点机接收机处采用先解码主用户信号后解码认知用户信号，所分别需要的主用户发射机和认知用户发射机的功率，中继节点需要给主用户信号和认知用户分配的功率；如果计算所的功率满足最大功率限制，主用户发射机，认知用户发射机，以及中继节点使用相应的功率值发送信号，中继节点处以及接收机处使用相应的解码模式对信号进行解码，进入第八步；否则，进入第四步；
第四步，计算主用户和认知用户同时传输时，中继节点先解码主用户信号，后解码认知用户信号，所分别需要的主用户发射机和认知用户发射机的功率，接收机处先解码认知用户信号后解码主用户信号，中继节点需要给主用户和认知用户信号分配的功率；如果计算所得功率满足最大功率限制，进入第八步；否则，进入第五步；
第五步，计算主用户和认知用户同时传输时，中继节点先解码认知用户信号，后解码主用户信号，所分别需要的主用户发射机和认知用户发射机的功率，接收机处先解码主用户信号后解码认知用户信号，中继节点处需要给主用户和认知用户信号分配的功率，如果计算所得的功率满足相应的最大功率限制，进入第八步；否则，进入步骤第六步；
第六步，计算主用户和认知用户同时传输时，中继节点处以及接收机处先解码认知用户信号后解码主用户信号，所分别需要的主用户发射机功率和认知用户发射机功率，中继节点处需要给主用户和认知用户分配的功率；如果计算所得的功率满足相应的最大功率限制，进入第八步；否则，进入第七步；
第七步，主用户单独传输模式，认知用户不能接入；进入第八步；
第八步，中继节点将确定的主用户发射机和认知用户发射机所使用的发射功率反馈给主用户和认知用户发射机，将确定下的接收机处的解码模式反馈给认知用户和主用户接收机；进入第九步；
第九步，第一时隙里主用户发射机和认知用户发射机根据中继节点反馈的结果使用相应的功率进行发送，中继节点使用相应的解码模式进行解码；第二时隙里，中继节点根据确定下来的功率分配值，对主用户和认知用户进行功率的分配，接收机处接收到信号后，根据反馈得到的解码模式进行解码。
进一步，所述第一步包括：PT，ST，PR，SR分别发送训练序列给R，R根据收到的训练训练估计出各个链路的链路功率增益。PT与R之间的链路功率增益为gP,R，ST与R之间的链路功率增益为gS,R，R与PR之间的链路功率增益为gR,P，R与SR之间的链路功率增益为gR,S。
进一步，第四步具体包括：R根据估计出的链路功率增益，确定PT、ST和R所实际使用的发射功率，接入模式，以及解码模式；接入模式分为主用户单独接入模式，和认知用户和主用户以NOMA的方式共同接入模式；当主用户单独接入时，解码模式即为直接对主用户信号进行解码，当主用户和认知用户以NOMA方式共同接入时，解码模式分为，先解码主用户信号后解码认知用户信号的解码模式，以及先解码认知用户信号后解码主用户信号的解码模式；
(1)当
Figure BDA0001988178660000061
以及
Figure BDA0001988178660000062
同时成立时，才考虑认知用户接入，其中
Figure BDA0001988178660000063
不能同时成立时，采用主用户单独接入模式；
(2)当
Figure BDA0001988178660000064
以及
Figure BDA0001988178660000065
同时成立时，并且
Figure BDA0001988178660000066
和
Figure BDA0001988178660000067
同时成立时，第一时隙主用户发射机和认知用户发射机应当使用的发射功率分别为
Figure BDA0001988178660000068
中继节点处先解码主用户信号，后解码认知用户信号；第二时隙里中继节点给认知用户和主用户信号分配的功率分别为
Figure BDA0001988178660000069
主用户接收机处将认知用户信号当作噪声直接解码自己的信号，认知用户接收机处，认知用户先解码主用户信号，将其从混叠信号中删除后，再解码自己的信号；其中
Figure BDA00019881786600000610
Figure BDA00019881786600000611
(3)当
Figure BDA00019881786600000612
以及
Figure BDA00019881786600000613
同时成立时，并且
Figure BDA00019881786600000614
和
Figure BDA00019881786600000615
同时成立时，第一时隙主用户认知用户的发射功率分别为
Figure BDA00019881786600000616
中继节点处先解码主用户信号后解码认知用户信号；第二时隙里中继节点给主用户和认知用户信号分配的功率分别为
Figure BDA0001988178660000071
主用户接收机处先解码认知用户信号，将其从混叠信号中删除后，再解码主用户信号；认知用户接收机处，将主用户信号当作噪声来处理，直接解码认知用户信号；
(4)当
Figure BDA0001988178660000072
以及
Figure BDA0001988178660000073
同时成立时，并且
Figure BDA0001988178660000074
Figure BDA0001988178660000075
同时成立时，第一时隙主用户认知用户的发射功率分别为
Figure BDA0001988178660000076
中继节点处先解码认知用户信号后解码主用户信号；第二时隙里中继节点给主用户和认知用户信号分配的功率分别为
Figure BDA0001988178660000077
主用户接收机处将认知用户的信号当作噪声来处理，直接解码自己的信号；认知用户接收机处先解码主用户信号，将其从混叠信号中删除后，再解码自己的信号；
(5)当
Figure BDA0001988178660000078
以及
Figure BDA0001988178660000079
同时成立时，并且
Figure BDA00019881786600000710
Figure BDA00019881786600000711
同时成立时，第一时隙主用户认知用户的发射功率分别为
Figure BDA00019881786600000712
中继节点处先解码认知用户信号后解码主用户信号；第二时隙里中继节点给主用户和认知用户信号分配的功率分别为
Figure BDA00019881786600000713
主用户接收机处先解码认知用户信号，将其从混叠信号中删除后，再解码自己的信号，认知用户接收机处将主用户信号当作噪声来处理，直接解码自己的信号；
(6)当(2)-(5)中没有一个成立时，采用主用户单独接入模式。
进一步，PT，ST，R根据判断结果，PT，ST和R进行如下的操作；
(1)当只有主用户接入时，在第一时隙里，主用户以功率值为PPmax向中继节点传输数据，在第二时隙里中继节点对接收到的信号解码后，重新编码并以功率值为PRmax将数据传输给PR；
(2)当认知用户和主用户同时接入时，在第一时隙里，PT和ST同时给R分别使用值为的功率进行数据的传输，在第二时隙里中继节点对接收到的信号，采用在确定的解码模式进行解码，而后重新对主用户和认知用户的信号进行功率分配，转发给PR和SR，PR和SR接收到信号后，采用在确定的解码模式对接收到的信号进行解码。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述基于混合NOMA的认知中继网络中的认知用户的接入方法的非正交多址接入技术下的安全中继选择的系统，所述非正交多址接入技术下的安全中继选择的系统包括：一个主用户发射机PT，一个主用户接收机PR，一个认知用户发射机ST，一个认知用户接收机SR，一个中继节点R构成；
PT的最大发射功率为PPmax，ST的最大发射功率为PSmax，R的最大发射功率为PRmax；PT、ST和R均采用动态的发射功率进行数据传输。；R以及SR和PR的解码模式为动态解码模式；
主用户和认知用户的目标速率分别为RP，认知用户的目标速率为Rs；系统的总带宽为BR、SR，PR处的噪声均为功率谱密度为N0的高斯白噪声；传输过程分为两个时隙，在第一个时隙里，PT给R传输数据，或PT和ST同时给R传输数据，在第二个时隙里，R给PR传输数据，或R同时给PR和SR传输数据。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述基于混合NOMA的认知中继网络中的认知用户的接入方法的无线通信平台。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：传统的认知无线电技术无法解决主用户收发机之间无直传链路，同时认知用户收发机之间也无直传链路，需要中继节点进行协助转发场景下，认知用户接入主用户授权频段的问题。本发明将NOMA技术引入到该场景中，解决了认知用户如何接入主用户授权频段的问题。
本发明解决了主用户收发机之间无直传链路，而认知用户收发机之间也无直传链路，需要解决中继节点转发这一场景中，认知用户接入主用户授权频段的问题，使用传统的认知无线电技术，认知用户此时无法接入主用户的授权频段，而NOMA天生具有的允许多个用户共享同一时频资源的特性，为解决这一问题提供了有效的方法。所以图4的仿真结果中，没有和现有的技术进行对比，因为现有的技术无法解决这一场景中认知用户接入主用户授权频段的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于混合NOMA的认知中继网络中的认知用户的接入方法流程图。
图2是本发明实施例提供的基于混合NOMA的认知中继网络系统模型图。
图3是本发明实施例提供的基于混合NOMA的认知中继网络中的认知用户的接入方法实现流程图。
图4是本发明实施例提供的仿真实验中本发明中主用户目标速率和认知用户目标速率对认知用户接入机会的影响示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术同时认知用户收发机之间也无直传链路的情况，针对这一场景目前还没有关于认知用户如何接接入主用户授权频段的方法的问题。本发明同时考虑主用户收发机之间无直传链路，认知用户收发机之间也无直传链路，需要借助中继节点进行转发。在该场景中采用传统的认知无线电技术，认知用户是无法接入授权频段的；本发明提出联合功率分配以及解码模式的混合NOMA策略，尽可能给认知用户提供接入机会。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基于混合NOMA的认知中继网络中的认知用户的接入方法包括以下步骤：
S101：主用户发射机、主用户接收机、认知用户发射机和认知用户接收机向中继节点发送训练序列，中继节点根据接收到的训练序列估计出各个链路的链路功率增益；进入步骤S102；
S102：根据估计出的链路功率增益判断出用户单独传输时，两跳是否都可以满足主用户的目标速率，若能满足，则考虑认知用户的接入，进入步骤S103；否则进入步骤S108；
S103：计算主用户和认知用户同时传输时，中继节点机接收机处采用先解码主用户信号后解码认知用户信号(PFDM)，所分别需要的主用户发射机和认知用户发射机的功率，中继节点需要给主用户信号和认知用户分配的功率；如果计算所的功率满足最大功率限制，主用户发射机，认知用户发射机，以及中继节点使用相应的功率值发送信号，中继节点处以及接收机处使用相应的解码模式对信号进行解码，进入步骤S108；否则，进入步骤S104；
S104：计算主用户和认知用户同时传输时，中继节点先解码主用户信号，后解码认知用户信号，所分别需要的主用户发射机和认知用户发射机的功率，接收机处先解码认知用户信号后解码主用户信号(SFDM)，中继节点需要给主用户和认知用户信号分配的功率；如果计算所得功率满足最大功率限制，进入步骤S108；否则，进入步骤S105；
S105：计算主用户和认知用户同时传输时，中继节点先解码认知用户信号，后解码主用户信号，所分别需要的主用户发射机和认知用户发射机的功率，接收机处先解码主用户信号后解码认知用户信号，中继节点处需要给主用户和认知用户信号分配的功率，如果计算所得的功率满足相应的最大功率限制，进入步骤S108；否则，进入步骤S106；
S106：计算主用户和认知用户同时传输时，中继节点处以及接收机处先解码认知用户信号后解码主用户信号，所分别需要的主用户发射机功率和认知用户发射机功率，中继节点处需要给主用户和认知用户分配的功率；如果计算所得的功率满足相应的最大功率限制，进入步骤S108。否则，进入步骤S107；
S107：主用户单独传输模式，认知用户不能接入；进入步骤S108；
S108：中继节点将确定的主用户发射机和认知用户发射机所使用的发射功率反馈给主用户和认知用户发射机，将确定下的接收机处的解码模式反馈给认知用户和主用户接收机；进入步骤S109；
S109：第一时隙里主用户发射机和认知用户发射机根据中继节点反馈的结果使用相应的功率进行发送，中继节点使用相应的解码模式进行解码；第二时隙里，中继节点根据确定下来的功率分配值，对主用户和认知用户进行功率的分配，接收机处接收到信号后，根据反馈得到的解码模式进行解码。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图2所示，本发明所使用的基于混合NOMA的认知中继网络的系统，由一个主用户发射机PT，一个主用户接收机PR，一个认知用户发射机ST，一个认知用户接收机SR，一个中继节点R构成。PT的最大发射功率为PPmax，ST的最大发射功率为PSmax，R的最大发射功率为PRmax。PT、ST和R均采用动态的发射功率进行数据传输。系统的协作转发模式为解码(DF)模式。R以及SR和PR的解码模式为动态解码模式。主用户和认知用户的目标速率分别为RP，认知用户的目标速率为Rs。系统的总带宽为BR、SR，PR处的噪声均为功率谱密度为N0的高斯白噪声。传输过程分为两个时隙，在第一个时隙里，PT给R传输数据，或PT和ST同时给R传输数据，在第二个时隙里，R给PR传输数据，或R同时给PR和SR传输数据。
如图3所示，本发明实施例提供的基于混合NOMA的认知中继网络中的认知用户的接入方法具体包括以下步骤：
步骤一：PT，ST，PR，SR分别发送训练序列给R，R根据收到的训练训练估计出各个链路的链路功率增益。PT与R之间的链路功率增益为gP,R，ST与R之间的链路功率增益为gS,R，R与PR之间的链路功率增益为gR,P，R与SR之间的链路功率增益为gR,S。
步骤二：R根据估计出的链路功率增益，确定PT、ST和R所实际使用的发射功率，接入模式，以及解码模式。接入模式分为主用户单独接入模式，和认知用户和主用户以NOMA的方式共同接入模式。当主用户单独接入时，解码模式即为直接对主用户信号进行解码，当主用户和认知用户以NOMA方式共同接入时，解码模式分为，先解码主用户信号后解码认知用户信号的解码模式，以及先解码认知用户信号后解码主用户信号的解码模式；
2.1当
Figure BDA0001988178660000121
以及
Figure BDA0001988178660000122
同时成立时，才考虑认知用户接入，其中
Figure BDA0001988178660000123
不能同时成立时，采用主用户单独接入模式；
2.2当
Figure BDA0001988178660000124
以及
Figure BDA0001988178660000125
同时成立时，并且
Figure BDA0001988178660000126
和
Figure BDA0001988178660000127
同时成立时，第一时隙主用户发射机和认知用户发射机应当使用的发射功率分别为
Figure BDA0001988178660000128
中继节点处先解码主用户信号，后解码认知用户信号。第二时隙里中继节点给认知用户和主用户信号分配的功率分别为
Figure BDA0001988178660000129
主用户接收机处将认知用户信号当作噪声直接解码自己的信号，认知用户接收机处，认知用户先解码主用户信号，将其从混叠信号中删除后，再解码自己的信号。其中
Figure BDA00019881786600001210
Figure BDA00019881786600001211
2.3当
Figure BDA0001988178660000131
以及
Figure BDA0001988178660000132
同时成立时，并且
Figure BDA0001988178660000133
和
Figure BDA0001988178660000134
同时成立时，第一时隙主用户认知用户的发射功率分别为
Figure BDA0001988178660000135
中继节点处先解码主用户信号后解码认知用户信号。第二时隙里中继节点给主用户和认知用户信号分配的功率分别为
Figure BDA0001988178660000136
主用户接收机处先解码认知用户信号，将其从混叠信号中删除后，再解码主用户信号。认知用户接收机处，将主用户信号当作噪声来处理，直接解码认知用户信号；
2.4当
Figure BDA0001988178660000137
以及
Figure BDA0001988178660000138
同时成立时，并且
Figure BDA0001988178660000139
Figure BDA00019881786600001310
同时成立时，第一时隙主用户认知用户的发射功率分别为
Figure BDA00019881786600001311
中继节点处先解码认知用户信号后解码主用户信号。第二时隙里中继节点给主用户和认知用户信号分配的功率分别为
Figure BDA00019881786600001312
主用户接收机处将认知用户的信号当作噪声来处理，直接解码自己的信号。认知用户接收机处先解码主用户信号，将其从混叠信号中删除后，再解码自己的信号；
2.5当
Figure BDA00019881786600001313
以及
Figure BDA00019881786600001314
同时成立时，并且
Figure BDA00019881786600001315
Figure BDA00019881786600001316
同时成立时，第一时隙主用户认知用户的发射功率分别为
Figure BDA0001988178660000141
中继节点处先解码认知用户信号后解码主用户信号。第二时隙里中继节点给主用户和认知用户信号分配的功率分别为
Figure BDA0001988178660000142
主用户接收机处先解码认知用户信号，将其从混叠信号中删除后，再解码自己的信号，认知用户接收机处将主用户信号当作噪声来处理，直接解码自己的信号；
2.6当2.2-2.5中没有一个成立时，采用主用户单独接入模式。
步骤三：PT，ST，R根据步骤二中的判断结果，PT，ST和R进行如下的操作；
3.1当只有主用户接入时，在第一时隙里，主用户以功率值为PPmax向中继节点传输数据，在第二时隙里中继节点对接收到的信号解码后，重新编码并以功率值为PRmax将数据传输给PR；
3.2当认知用户和主用户同时接入时，在第一时隙里，PT和ST同时给R分别使用值为的功率进行数据的传输，在第二时隙里中继节点对接收到的信号，采用在步骤2.1中确定的解码模式进行解码，而后重新对主用户和认知用户的信号进行功率分配，转发给PR和SR，PR和SR接收到信号后，采用在步骤2.1中确定的解码模式对接收到的信号进行解码。
下面结合仿真对本发明的应用效果做详细的描述。
仿真参数设置为主用户发射机最大发射功率PPmax＝30dBm，认知用户发射机最大发射功率为PSmax＝40dBm,中继节点的最大发射功率为PRmax＝40dBm,中继节点以及接收机处噪声功率谱密度为-100dBm/Hz，系统总带宽为1MHz。主用户发射机和认知用户发射机随机分布在以(0,0)为圆心，30为半径的圆域内，中继节点坐标为(100,0)，认知用户和主用户接收机随机分布在以(200,0)为圆心，20为半径的圆域内。
由图4可知，当认知用户的目标速率较小时，认知用户的接入概率为1，即几乎所有的时隙里，认知用户都能接入，而随着认知用户目标速率的增加，认知用户的接入概率也在降低，这是因为随着认知用户目标速率的增加，满足其目标速率所需要的功率也在增加，而认知用户发射机以及中继节点的发射功率是一个定值，所以会出现认知用户接入概率降低的现象。此外，由图4可知，认知用户的目标速率固定时，主用户目标速率越大，认知用户可以接入的机会就越少，这是因为随着主用户目标速率的增大，当中继节点采用SFDM时，所需要的认知用户发射机的发射功率在增加，当采用PFDM时，需要更多的主用户发射机的功率，而主用户发射机和认知用户发射机的发射功率均为定值，所以会导致认知用户的接入机会降低，此外，由于中继节点是由主用户和认知用户共享的，当主用户的目标速率增加时，就需要中继节点分配更多的功率给主用户信号，留给认知用户信号的功率就会越少，所以也会导致认知用户的接入机会降低。
证明部分(具体实施例/实验/仿真/药理学分析/能够证明本发明创造性的正面实验数据、证据材料、鉴定报告、商业数据、研发证据、商业合作证据等)
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于混合NOMA的认知中继网络中的认知用户的接入方法，其特征在于，所述基于混合NOMA的认知中继网络中的认知用户的接入方法包括：中继节点估计出各个链路的链路功率增益，据估计出的链路功率增益，确定当前时隙，是由主用户单独接入，还是由主用户和认知用户以NOMA的方式共同接入；
当主用户和认知用户以NOMA的方式共同接入时，确定主用户发射机和认知用户发射机所使用的功率，中继节点给主用户和认知用户信号分配的功率，中继节点和接收机处所使用的解码模式；
根据选择结果进行两个时隙的传输；
所述基于混合NOMA的认知中继网络中的认知用户的接入方法具体包括：
第一步，主用户发射机、主用户接收机、认知用户发射机和认知用户接收机向中继节点发送训练序列，中继节点根据接收到的训练序列估计出各个链路的链路功率增益；进入第二步；
第二步，根据估计出的链路功率增益判断出用户单独传输时，两跳是否都可以满足主用户的目标速率，若能满足，则考虑认知用户的接入，进入第三步；否则进入第八步；
第三步，计算主用户和认知用户同时传输时，中继节点机接收机处采用先解码主用户信号后解码认知用户信号，所分别需要的主用户发射机和认知用户发射机的功率，中继节点需要给主用户信号和认知用户分配的功率；如果计算所得功率满足最大功率限制，主用户发射机，认知用户发射机，以及中继节点使用相应的功率值发送信号，中继节点处以及接收机处使用相应的解码模式对信号进行解码，进入第八步；否则，进入第四步；
第四步，计算主用户和认知用户同时传输时，中继节点先解码主用户信号，后解码认知用户信号，所分别需要的主用户发射机和认知用户发射机的功率，接收机处先解码认知用户信号后解码主用户信号，中继节点需要给主用户和认知用户信号分配的功率；如果计算所得功率满足最大功率限制，进入第八步；否则，进入第五步；具体包括：R根据估计出的链路功率增益，确定PT、ST和R所实际使用的发射功率，接入模式，以及解码模式；接入模式分为主用户单独接入模式，和认知用户和主用户以NOMA的方式共同接入模式；当主用户单独接入时，解码模式即为直接对主用户信号进行解码，当主用户和认知用户以NOMA方式共同接入时，解码模式分为，先解码主用户信号后解码认知用户信号的解码模式，以及先解码认知用户信号后解码主用户信号的解码模式；
(1)当
Figure FDA0003494282740000021
以及
Figure FDA0003494282740000022
同时成立时，才考虑认知用户接入，其中
Figure FDA0003494282740000023
不能同时成立时，采用主用户单独接入模式；
(2)当
Figure FDA0003494282740000024
以及
Figure FDA0003494282740000025
同时成立时，并且
Figure FDA0003494282740000026
和
Figure FDA0003494282740000027
同时成立时，第一时隙主用户发射机和认知用户发射机应当使用的发射功率分别为
Figure FDA0003494282740000028
PPmax，中继节点处先解码主用户信号，后解码认知用户信号；第二时隙里中继节点给认知用户和主用户信号分配的功率分别为
Figure FDA0003494282740000029
主用户接收机处将认知用户信号当作噪声直接解码自己的信号，认知用户接收机处，认知用户先解码主用户信号，将其从混叠信号中删除后，再解码自己的信号；其中
Figure FDA00034942827400000210
Figure FDA00034942827400000211
(3)当
Figure FDA00034942827400000212
以及
Figure FDA00034942827400000213
同时成立时，并且
Figure FDA00034942827400000214
和
Figure FDA0003494282740000031
同时成立时，第一时隙主用户认知用户的发射功率分别为PPmax、
Figure FDA0003494282740000032
中继节点处先解码主用户信号后解码认知用户信号；第二时隙里中继节点给主用户和认知用户信号分配的功率分别为
Figure FDA0003494282740000033
主用户接收机处先解码认知用户信号，将其从混叠信号中删除后，再解码主用户信号；认知用户接收机处，将主用户信号当作噪声来处理，直接解码认知用户信号；
(4)当
Figure FDA0003494282740000034
以及
Figure FDA0003494282740000035
同时成立时，并且
Figure FDA0003494282740000036
Figure FDA0003494282740000037
同时成立时，第一时隙主用户认知用户的发射功率分别为
Figure FDA0003494282740000038
PSmax，中继节点处先解码认知用户信号后解码主用户信号；第二时隙里中继节点给主用户和认知用户信号分配的功率分别为
Figure FDA0003494282740000039
主用户接收机处将认知用户的信号当作噪声来处理，直接解码自己的信号；认知用户接收机处先解码主用户信号，将其从混叠信号中删除后，再解码自己的信号；
(5)当
Figure FDA00034942827400000310
以及
Figure FDA00034942827400000311
同时成立时，并且
Figure FDA00034942827400000312
Figure FDA00034942827400000313
同时成立时，第一时隙主用户认知用户的发射功率分别为
Figure FDA00034942827400000314
PSmax，中继节点处先解码认知用户信号后解码主用户信号；第二时隙里中继节点给主用户和认知用户信号分配的功率分别为
Figure FDA0003494282740000041
主用户接收机处先解码认知用户信号，将其从混叠信号中删除后，再解码自己的信号，认知用户接收机处将主用户信号当作噪声来处理，直接解码自己的信号；
(6)当(2)-(5)中没有一个成立时，采用主用户单独接入模式；
其中PT的最大发射功率为PPmax，ST的最大发射功率为PSmax，R的最大发射功率为PRmax，主用户和认知用户的目标速率分别为RP，认知用户的目标速率为Rs；系统的总带宽为B；R、SR、PR处的噪声均为功率谱密度为N0的高斯白噪声；PT与R之间的链路功率增益为gP,R，ST与R之间的链路功率增益为gS,R，R与PR之间的链路功率增益为gR,P，R与SR之间的链路功率增益为gR,S；其中PT表示主用户发射机，PR表示主用户接收机，ST表示认知用户发射机，SR表示认知用户接收机，R表示中继节点；
第五步，计算主用户和认知用户同时传输时，中继节点先解码认知用户信号，后解码主用户信号，所分别需要的主用户发射机和认知用户发射机的功率，接收机处先解码主用户信号后解码认知用户信号，中继节点处需要给主用户和认知用户信号分配的功率，如果计算所得的功率满足相应的最大功率限制，进入第八步；否则，进入步骤第六步；
第六步，计算主用户和认知用户同时传输时，中继节点处以及接收机处先解码认知用户信号后解码主用户信号，所分别需要的主用户发射机功率和认知用户发射机功率，中继节点处需要给主用户和认知用户分配的功率；如果计算所得的功率满足相应的最大功率限制，进入第八步；否则，进入第七步；
第七步，主用户单独传输模式，认知用户不能接入；进入第八步；
第八步，中继节点将确定的主用户发射机和认知用户发射机所使用的发射功率反馈给主用户和认知用户发射机，将确定下的接收机处的解码模式反馈给认知用户和主用户接收机；进入第九步；
第九步，第一时隙里主用户发射机和认知用户发射机根据中继节点反馈的结果使用相应的功率进行发送，中继节点使用相应的解码模式进行解码；第二时隙里，中继节点根据确定下来的功率分配值，对主用户和认知用户进行功率的分配，接收机处接收到信号后，根据反馈得到的解码模式进行解码。
2.如权利要求1所述的基于混合NOMA的认知中继网络中的认知用户的接入方法，其特征在于，所述基于混合NOMA的认知中继网络中的认知用户的接入方法进一步包括：
(1)主用户发射机、主用户接收机、认知用户发射机和认知用户接收机向中继节点发送训练序列，中继节点根据接收到的训练序列估计出各个链路的链路功率增益；
(2)根据估计出的链路功率增益判断出用户单独传输时，两跳是否都可以满足主用户的目标速率，若能满足，则考虑认知用户的接入，进入(3)，否则只有主用户单独传输；
(3)计算主用户和认知用户同时传输时，中继节点机接收机处采用先解码主用户信号后解码认知用户信号，所分别需要的主用户发射机和认知用户发射机的功率，中继节点需要给主用户信号和认知用户分配的功率；如果计算所得功率满足最大功率限制，主用户发射机，认知用户发射机，以及中继节点使用相应的功率值发送信号，中继节点处以及接收机处使用相应的解码模式对信号进行解码；否则，进入(4)；
(4)计算主用户和认知用户同时传输时，中继节点先解码主用户信号，后解码认知用户信号，所分别需要的主用户发射机和认知用户发射机的功率，接收机处先解码认知用户信号后解码主用户信号，中继节点需要给主用户和认知用户信号分配的功率，如果计算所得功率满足最大功率限制，主用户发射机，认知用户发射机，以及中继节点使用相应的功率值发送信号，中继节点处以及接收机处使用相应的解码模式对信号进行解码；否则，进入(5)；
(5)计算主用户和认知用户同时传输时，中继节点先解码认知用户信号，后解码主用户信号，所分别需要的主用户发射机和认知用户发射机的功率，接收机处先解码主用户信号后解码认知用户信号，中继节点处需要给主用户和认知用户信号分配的功率，如果计算所得的功率满足相应的最大功率限制，主用户发射机，认知用户发射机；以及中继节点使用相应的功率值发送信号，中继节点处以及接收机处使用相应的解码模式对信号进行解码；否则，进入(6)；
(6)计算主用户和认知用户同时传输时，中继节点处以及接收机处先解码认知用户信号后解码主用户信号，所分别需要的主用户发射机功率和认知用户发射机功率；中继节点处需要给主用户和认知用户分配的功率，如果计算所得的功率满足相应的最大功率限制，主用户发射机，认知用户发射机，以及中继节点使用相应的功率值发送信号；中继节点处以及接收机处使用相应的解码模式对信号进行解码；否则，进入(7)；
(7)主用户单独传输。
3.如权利要求1所述的基于混合NOMA的认知中继网络中的认知用户的接入方法，其特征在于，PT，ST，R根据判断结果，PT，ST和R进行如下的操作；
(1)当只有主用户接入时，在第一时隙里，主用户以功率值为PPmax向中继节点传输数据，在第二时隙里中继节点对接收到的信号解码后，重新编码并以功率值为PRmax将数据传输给PR；
(2)当认知用户和主用户同时接入时，在第一时隙里，PT和ST同时给R分别使用值PRmax为的功率进行数据的传输，在第二时隙里中继节点对接收到的信号，采用在确定的解码模式进行解码，而后重新对主用户和认知用户的信号进行功率分配，转发给PR和SR，PR和SR接收到信号后，采用在确定的解码模式对接收到的信号进行解码。
4.一种实现权利要求1所述基于混合NOMA的认知中继网络中的认知用户的接入方法的非正交多址接入技术下的安全中继选择的系统，其特征在于，所述非正交多址接入技术下的安全中继选择的系统包括：一个主用户发射机PT，一个主用户接收机PR，一个认知用户发射机ST，一个认知用户接收机SR，一个中继节点R构成；
PT的最大发射功率为PPmax，ST的最大发射功率为PSmax，R的最大发射功率为PRmax；PT、ST和R均采用动态的发射功率进行数据传输；R以及SR和PR的解码模式为动态解码模式；
主用户和认知用户的目标速率分别为RP，认知用户的目标速率为Rs；系统的总带宽为BR、SR，PR处的噪声均为功率谱密度为N0的高斯白噪声；传输过程分为两个时隙，在第一个时隙里，PT给R传输数据，或PT和ST同时给R传输数据，在第二个时隙里，R给PR传输数据，或R同时给PR和SR传输数据。
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