[发明专利]兼顾能量有效性与传输可靠性的认知中继节点选择方法

权利要求书

1.兼顾能量有效性与传输可靠性的认知中继节点选择方法，其特征在于该方法具体包括以下步骤：

步骤(1)主用户网络与认知网络在交叉频谱共享场景下共存；主用户发射机与主用户接收机在通信的同时，认知用户发射机与N个认知中继节点对主用户频谱占用情况进行协作检测，以获取可利用的空闲频谱；

步骤(2)N个认知中继节点将本地频谱感知结果通过N个正交报告信道汇报给认知用户发射机；认知用户发射机进行感知数据融合与全局检测；

步骤(3)认知用户发射机兼顾N个认知中继节点在协作感知与协作传输过程中的能耗、协作感知的漏检概率门限与协作传输的误码率要求，在频谱感知漏检概率和协作传输误码率约束下根据基于能量有效性的最优中继选择方法选择K个最佳认知中继节点；同时，认知用户发射机将信号发送给所选的K个认知中继节点；

步骤(4)所选的K个认知中继节点将信号协作传输至认知用户接收机，认知用户接收机通过最大比合并准则进行信号重构；

步骤(5)令步骤(1)和步骤(2)为协作感知阶段，归一化感知时隙长度为参数α；步骤(3)和步骤(4)为协作传输阶段，归一化传输时隙长度为参数1-α。

2.根据权利要求1所述的认知中继节点选择方法，其特征在于：步骤(3)中基于能量有效性的最优中继选择方法优化问题的构造与求解具体流程如下：

步骤1：节点协作感知能耗分析：考虑到N个认知中继将本地感知结果以二进制相移键控BPSK调制方式汇报给认知用户发射机进行数据融合与判决；假设认知中继节点与认知用户发射机之间报告信道的传输差错率为Pr_e，在高信噪比条件下，N个认知中继构成N个虚拟发射天线，则其中为认知中继汇报本地感知信息的每比特平均能量，N₀为加性高斯噪声单边功率谱密度；因此，协作感知阶段的节点能耗为其中G为链路增益裕量，d_sensing为认知中继与认知用户发射机之间的报告信道平均距离，n为信道路径衰耗指数；

步骤2：节点协作传输能耗分析：协作传输阶段的能耗主要包括功放能耗和电路能耗，同时考虑传输数据采用M进制相移键控MPSK或M进制正交幅度调制MQAM；在认知用户发射机与N个认知中继均参与协作的情况下，电路能耗为P_C＝(N+1)(P_ct+P_cr)，其中P_ct为发送电路能耗，P_cr为接收电路能耗；功放能耗为其中P_PA为协作传输阶段的节点功放能耗，R_b为保障认知链路要求的节点传输比特率，d_transmission为协作中继节点与认知用户接收机之间平均距离；因此，协作传输阶段的总能耗为其中，当认知用户发射机发送数据采用MPSK调制时，每比特平均传输能量上界为当采用MQAM调制时，每比特平均传输能量上界为其中Pr_b,MPSK和Pr_b,MQAM分别为MPSK和MQAM调制时的传输误码率，MQAM调制指数b＝log₂M；

步骤3：基于能量有效性的最优中继选择方法优化问题的构造：将协作感知与协作传输的能耗分别采用归一化感知与传输时隙权值因子进行加权求和，构造加权的每比特传输总能耗目标函数E(N)＝αE_sensing+(1-α)E_transmission；当认知用户发射机发送数据采用MPSK调制时，根据步骤1协作感知阶段能耗分析和步骤2协作传输阶段能耗分析，构造的总能耗目标函数为同理，当采用MQAM调制时，总能耗目标函数为同时，基于能量有效性的最优中继选择方法优化问题需要满足感知阶段漏检概率门限和传输阶段误码率要求；该优化问题构造如下：

minE(N),s.t.Qm(N)≤Qm,req,Prb(N,γb)≤Prb,req,N>0]]>

其中，感知阶段漏检概率为Q_m(N)＝(Pr_m(1-Pr_e)+(1-Pr_m)Pr_e)^(N+1)，Q_m,req为漏检概率门限要求；当采用MPSK和MQAM调制时，传输阶段误码率Pr_b(N,γ_b)分别表示为Pr_b,MPSK和Pr_b,MQAM，它们均为认知中继节点数N和接收比特信噪比γ_b的函数；Pr_b,req为传输阶段的误码率要求；当采用MPSK和MQAM调制时，总能耗目标函数E(N)分别表示为E_MPSK(N)和E_MQAM(N)；

步骤4：基于能量有效性的最优中继选择方法优化问题的求解：可以证明，总能耗目标函数E_MPSK(N)与E_MQAM(N)、感知阶段漏检概率Q_m、传输阶段误码率Pr_b,MPSK和Pr_b,MQAM均为认知中继节点数N的凸函数，故步骤3的优化问题为非线性凸优化问题；通过数值计算方法搜索当总能耗目标函数达到最小值时的最优认知中继节点数K，该数值解为非线性凸优化问题的最优解；此外，若当总能耗达到最小值时的最优认知中继节点数为非整数，还需要进行中继节点数的取整运算；因此，通过构造非线性凸优化问题并进行数值求解，得到最优认知中继节点数，可以有效兼顾协作感知与协作传输的能量有效性和传输可靠性。