[发明专利]一种基于认知无线电的多中继选择方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种认知中继网络中的中继选择方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着智能手机的普及和无线局域网技术、无线个域网技术等短距离传输技术的发展，越来越多的人通过这些技术以无线的方式接入互联网。然而，这些技术之所以能给人们提供免费又便捷的宽带接入，是因为它们大多工作于不需要购买的非授权频段。与授权频段相比，这些非授权频段大多是政府当初规划给不需要大量频段资源的业余用户的，因此，这些非授权频段的可用资源比起授权频段要少得多，而资源更多的授权频谱的使用率却非常低。根据美国联邦通信委员会的调查，美国的整体频谱利用率较低，部分地区授权频段的平均使用率甚至不到5％。为了解决频谱资源匮乏的问题，提高现有的频谱利用率，近年来业界广泛开展了对认知无线电、认知无线网络及协作通信等方面的研究，这也意味着人们向着未来实现智能化无线移动通信网迈出了重要一步。

认知无线电技术是一种可以有效提高频谱利用率的技术，它允许认知用户(次用户)在保证主用户正常通信的前提下，机会地接入主用户的授权频段，其基本出发点是：为了提高频谱利用率，使得认知无线通信设备能够伺机地与主用户共享授权频段，同时保证非授权用户的接入不会对授权频段内用户通信造成干扰。目前，该技术己经引起工业和学术领域的高度重视，并己被认作为5G通信系统中的关键技术之一。

采用认知无线电技术虽然能有效地提高整体的频谱利用率，但是同时，由于需要优先保证主网络的通信性能，往往需要对次级用户的发送功率做出限制，这就使得单个认知用户的性能受到影响，降低了认知网络的覆盖范围和系统信道容量。协作通信技术为解决上述问题提供了一个可行的方向。已有大量研究表明，当两个通信实体之间物理距离较远或链路质量不佳时，在两者之间插入一个或多个中继节点，这些节点利用相应的中继转发技术辅助源节点进行信号发送，能够有效地降低路径损耗和信道质量对源信号的影响。研究表明，认知无线网络与协作通信技术的结合，能有效地提高认知网络的性能，提高网络的覆盖率。因此，认知中继技术成为当前学术界和工业界研究的热点问题之一。

多中继选择具有比单中继选择更多的分集增益，尤其是其能在不需要通信设备配有多根天线的条件下，达到类似MIMO系统的信道增益。因此，也有许多学者针对多中继选择的相关问题展开了研究。在认知网络中应用多中继技术，也成为了学术界和工业界关注的热点之一。

但是，认知无线电技术和协作通信技术的融合也会产生许多难以解决的问题。为了满足不干扰主用户的正常通信这一前提，在认知网络下应用协作通信技术必须考虑相应的功率控制的问题，然而功率控制的目的不应该仅仅是为了满足这一限制条件，还应尽可能地提高认知网络的通信性能，与此同时，认知中继网络还要兼顾系统实现复杂度的问题，过于复杂的优化算法虽然能得到较好的性能，但是往往不具有实用性。特别是认知多中继选择技术由于具有复杂度较大，资源开销较多的缺点，大大阻碍了其进一步的应用和发展。

针对这些问题，本发明提出了一种基于认知无线电的多中继选择方法。该方法首先通过中继节点可用功率进行了量化分级，将连续功率分配问题转变为离散功率分配，以降低算法实现复杂度。同时，针对现存方法中存在的在中继选择时未充分考虑中继节点造成的干扰的问题，提出了一种根据中继因子的启发式中继选择方法，并结合上述功率分配方法形成了本发明所述的一种基于认知无线电的多中继选择方法。

发明内容