[發(fā)明專利]基于多中繼多天線的認(rèn)知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710089974.5
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN106878928B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 岳文靜;黃玲玲;陳志;李三
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: H04W4/38
• 分類號: H04W4/38;H04W16/14;H04W40/22;H04W72/08;H04W84/18;H04B7/06;H04B17/382
• 代理公司: 32200 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 朱楨榮

1.一種基于多中繼多天線的認(rèn)知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下方法：

步驟1、建立多中繼多天線認(rèn)知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型，該模型包括一個具有N_P個天線的授權(quán)用戶源節(jié)點PUS、一個具有N_P個天線的授權(quán)用戶目的節(jié)點PUD，一個具有N_t個天線的認(rèn)知用戶源節(jié)點SUS、一個具有N_r個天線的認(rèn)知用戶目的節(jié)點SUD，M個具有N_Rt個發(fā)送天線和N_Rr個接收天線的中繼節(jié)點CR_i；其中，i＝1,..,M；該系統(tǒng)模型的工作過程分為頻譜感知和信息傳輸兩個階段；

步驟a、頻譜感知階段：

在頻譜感知階段，設(shè)定M個中繼節(jié)點參與頻譜感知，將頻譜感知結(jié)果發(fā)送給認(rèn)知用戶源節(jié)點SUS，然后認(rèn)知用戶源節(jié)點作為融合中心，將本地感知結(jié)果和中繼的感知結(jié)果采用或準(zhǔn)則進(jìn)行融合；

步驟b、信息傳輸階段：

在信息傳輸階段，當(dāng)步驟a中認(rèn)知用戶源節(jié)點融合后的感知結(jié)果為H₀狀態(tài)，此時認(rèn)知用戶直接占用信道進(jìn)行信息傳輸；當(dāng)感知結(jié)果為H₁狀態(tài)，此時認(rèn)知用戶與授權(quán)用戶共存，要保證認(rèn)知用戶對授權(quán)用戶的通信造成的干擾低于授權(quán)用戶設(shè)置的干擾門限值；M個中繼節(jié)點作為普通中繼協(xié)助認(rèn)知用戶進(jìn)行信息傳輸；其中，H₀表示授權(quán)用戶PU沒有進(jìn)行通信，H₁表示PU正在占用信道，進(jìn)行通信；

當(dāng)授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶同時占用信道進(jìn)行信息傳輸時，授權(quán)用戶目的節(jié)點接收到的信號信干比SINR_P表示為：

其中，P_P表示授權(quán)用戶源節(jié)點的發(fā)送功率；P_S表示在對授權(quán)用戶的信息傳輸不造成干擾的情況下，認(rèn)知用戶源節(jié)點的發(fā)送功率；G_P表示授權(quán)用戶源節(jié)點與授權(quán)用戶目的節(jié)點之間的靜態(tài)平坦衰落復(fù)向量，C表示復(fù)數(shù)集合，N_P表示授權(quán)用戶源節(jié)點和授權(quán)用戶目的節(jié)點具有的天線的數(shù)目；H_P表示認(rèn)知用戶源節(jié)點與授權(quán)用戶目的節(jié)點之間的靜態(tài)平坦衰落復(fù)向量，N_t表示認(rèn)知用戶源節(jié)點具有的天線的數(shù)目；表示授權(quán)用戶源節(jié)點與授權(quán)用戶目的節(jié)點之間的高斯白噪聲的方差；表示*的弗羅貝尼烏斯范數(shù)；

當(dāng)步驟a中認(rèn)知用戶源節(jié)點融合后的感知結(jié)果為授權(quán)用戶不存在時，使用中繼進(jìn)行協(xié)助通信，認(rèn)知用戶源節(jié)點發(fā)送的信息，先通過中繼節(jié)點解碼轉(zhuǎn)發(fā)后，再發(fā)送給認(rèn)知用戶目的節(jié)點；

第i個中繼節(jié)點接收到的信號的信干比γ_i1為：

認(rèn)知用戶目的節(jié)點接收到的信號的信干比γ₂為：

其中，P表示授權(quán)用戶不存在時，認(rèn)知用戶源節(jié)點的發(fā)送功率；P_R表示中繼節(jié)點的發(fā)送功率；H_i表示認(rèn)知用戶源節(jié)點到第i個中繼節(jié)點之間的靜態(tài)平坦衰落復(fù)向量，N_Rr表示中繼節(jié)點具有的接收天線的數(shù)目，N_t表示認(rèn)知用戶源節(jié)點具有的天線數(shù)目；G_i表示第i個中繼節(jié)點到認(rèn)知用戶目的節(jié)點之間的靜態(tài)平坦衰落復(fù)向量，N_Rt表示中繼節(jié)點具有的發(fā)送天線的數(shù)目，N_r表示認(rèn)知用戶目的節(jié)點具有的天線數(shù)目；表示認(rèn)知用戶源節(jié)點與中繼節(jié)點之間的高斯白噪聲的方差，表示中繼節(jié)點與認(rèn)知用戶目的節(jié)點之間的高斯白噪聲的方差，N_P，N_t，N_r，N_Rr，N_Rt和M由用戶指定；

步驟2、使用最大最小中繼選擇策略進(jìn)行中繼選擇；

在確定N_P，N_t，N_r，N_Rr，N_Rt和M的大小的情況下，根據(jù)步驟1，首先計算出第i個中繼節(jié)點接收到的信號的信噪比γ_i1，然后計算出通過中繼放大轉(zhuǎn)發(fā)之后，在認(rèn)知用戶目的節(jié)點接收到的信號的信噪比γ₂，最后利用最大最小中繼選擇方法選擇出最優(yōu)中繼k_opt，其中

步驟3)波束賦形通過對不同天線陣元的信號乘以不同復(fù)加權(quán)系數(shù)，然后將相乘之后的結(jié)果相加；

步驟4)根據(jù)步驟3波束賦形后得到的結(jié)果，計算授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶的中斷概率；具體如下：

步驟4.1)將授權(quán)用戶的SINR門限值設(shè)置為γ_Pth，授權(quán)用戶的信干比SINR的中斷概率P_out(γ_Pth)為：

步驟4.2)將認(rèn)知用戶的SINR門限值設(shè)置為γ_Sth，認(rèn)知用戶的SINR中斷概率P_out(γ_Sth)為：

其中，Γ(.)表示伽瑪函數(shù)，F(xiàn)(.,.；.；.)表示超幾何函數(shù)。