[發明專利]基于多中繼多天線的認知無線傳感器網絡性能優化方法

有效

• 申請號: 201710089974.5
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN106878928B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 岳文靜;黃玲玲;陳志;李三
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 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 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 朱楨榮

本發明公開了一種基于多中繼多天線的認知無線傳感器網絡性能優化方法，該方法采用具有多天線多中繼的認知無線傳感器網絡系統模型，通過使用多中繼協作認知、中繼選擇和波束賦形技術，在提高認知無線傳感器網絡系統的吞吐量的同時，又降低了系統的中斷概率。本發明方法能夠保證認知無線傳感器網絡系統的感知結果的準確性和很高的頻譜利用率，同時在降低整個系統中斷概率的同時增強整個系統的吞吐量。

技術領域

本發明涉及認知無線傳感器網絡和MIMO交叉技術應用領域，特別是基于多中繼多天線的認知無線傳感器網絡性能優化方法。

背景技術

認知無線電(CR)是一種在20世紀末被提出的智能無線電技術，它的出現促進了頻譜資源的有效利用。通過頻譜感知和環境適應，認知用戶(SU)能夠在不干擾授權用戶(PU)信息傳輸的情況下，利用空閑授權頻譜進行信息傳輸，從而提高頻譜的利用效率。認知無線電必須持續地感知周圍的頻譜環境，并且需要準確、可靠地檢測PU是否出現在空閑頻譜中，一旦檢測到PU重新使用空閑頻譜，SU必須尋找或等待新的空閑頻段繼續通信。

認知無線傳感器網絡(CRSN)即將WSN網絡引入到CR領域，它的優點是眾多的認知用戶節點能夠實時對授權用戶節點進行監測、感知，并且能夠對這些檢測信息進行處理，從而獲得詳盡而準確的信息，傳送到相應匯聚節點，匯聚節點進一步將信息整合并傳送給遠端的數據融合中心(FC)，SU根據FC的判決結果接入相應的空閑信道。

中繼協助通信是一種強大的空間分集技術，利用中繼協助通信具有顯著的性能增益優勢。由于中繼之間的正交信道分配(例如，載波頻率、時隙、編碼)必須避免中繼間的干擾，如果中繼數目變得很大，那么使用多中繼帶來的好處將不及多中繼引發的缺陷。中繼選擇被視為解決中繼間干擾抑制的復雜問題的最顯著的方法之一。

波束賦形是一種基于天線陣列的信號預處理技術，利用這種技術能夠區別不同方向上的信號，并且對不同方向上的信號分配不同的權值，從而針對目標用戶發送信號，從而提高目標用戶的信噪比和系統的能量利用效率，同時又能夠減少對其他用戶的干擾。

現有采用多中繼的技術中，沒有利用中繼進行頻譜感知，造成了中繼資源的浪費，降低了頻譜感知結果的準確性；并且在選用多中繼的情況下沒有進行中繼選擇，造成了大量的中繼之間的干擾嚴重，對整個系統性能的提升起到了阻礙的作用。目前，多中繼多天線認知傳感器網絡中，使用波束賦形增強系統性能的研究比較復雜，因此在設計中沒有考慮波束賦形，從而使得更好地提高系統的信噪比等性能有了一定的局限性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足而提供基于多中繼多天線的認知無線傳感器網絡性能優化方法，通過使用認知無線傳感器網絡系統模型，在提升本系統的吞吐量的同時降低整個系統的中斷概率。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

根據本發明所述的一種基于多中繼多天線的認知無線傳感器網絡性能優化方法，包括以下方法：

步驟1、建立多中繼多天線認知無線傳感器網絡系統模型，該模型包括一個具有N_P個天線的授權用戶源節點PUS、一個具有N_P個天線的授權用戶目的節點PUD，一個具有N_t個天線的認知用戶源節點SUS、一個具有N_r個天線的認知用戶目的節點SUD，M個具有N_Rt個發送天線和N_Rr個接收天線的中繼節點CR_i；其中，i＝1,..,M；該系統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，設定M個中繼節點參與頻譜感知，將頻譜感知結果發送給認知用戶源節點SUS，然后認知用戶源節點作為融合中心，將本地感知結果和中繼的感知結果采用或準則進行融合；

步驟b、信息傳輸階段：