收稿 日 期: 20190115; 修 回 日 期: 20190220 基 金 项 目: 广 东 省 青 年 创 新 人 才 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 (2014KQNCX253,
2015KQNCX227);中山大学新华学院 2017年度校级科研项目(2017YB005)
作者简介:刘少江(1991),男,广东揭阳人,实验师,硕士,主要研究方向为认知无线网络、深度学习与网络优化;许志明(1996),男,广州人,
本科,主要研究方向为嵌入式系统、机器学习;倪伟传(1990),男,广东揭阳人,助理工程师,本科,主要研究方向为图像处理、计算机视觉;王凤
(1984),女,河北石家庄人,副教授,硕士,主要研究方向为信息处理、自动化技术;万智萍(1980),男(通信作者),湖北鄂州人,副教授,硕士,主要
研究方向为无线传感器网络、认知无线网络(wzp888@xhsysu.edu.cn).
一种双信道协作中继的认知网络功率分配算法
刘少江
a
,许志明
a
,倪伟传
b
,王 凤
a
,万智萍
a
(中山大学新华学院 a.信息科学学院;b.设备与实验室管理处,广州 510520)
摘 要:针对认知无线网络主、次用户的互相干扰对网络中断性能以及系统传输效率的影响进行了研究,采用
一种双信道协作中继的传输方案来减少干扰,并提出一种基于中断概率的最优功率分配方案来改善中断性能和
传输效率。在该传输方案中,主、次系统通过对接收的主信号和复合信号进行处理,采用连续的干扰解码和消除
得到去干扰信号。该功率分配方案在保障主系统中断性能的前提下,提出次系统中断概率的优化方程,通过关
联功率分配因子来实现最大化次系统吞吐量。实验结果表明,该算法在改善中断性能和系统吞吐量方面具有较
好的效果。
关键词:双信道协作中继;认知无线网络;中断性能;功率分配
中图分类号:TN925 文献标志码:A 文章编号:10013695(2020)06051185104
doi:10.19734/j.issn.10013695.2019.01.0002
Cognitivenetworkpowerallocationalgorithmfordualchannelcooperativerelay
LiuShaojiang
a
,XuZhiming
a
,NiWeichuan
b
,WangFeng
a
,WanZhiping
a
(a.SchoolofInformationScience,b.Dept.ofEquipment& LaboratoryManagement,XinhuaCollegeofSunYatSenUniversity,Guangzhou
510520,China)
Abstract:Aimingattheinfluenceofmutualinterferenceofprimaryandsecondaryusersofcognitivewirelessnetworkonnet
workinterruptionperformanceandsystemtransmissionefficiency
,thispaperusedatwochannelcooperativerelaytransmission
schemetoreduceinterference,andproposedanoptimalpowerallocationschemebasedonoutageprobabilitytoimprovethein
terruptperformanceandtransmissionefficiency.Inthetransmissionscheme,theprimaryandsecondarysystemsprocessedthe
receivedprimarysignalandthecompositesignal
,andusedcontinuousinterferencedecodingandcancellationtoobtainadein
terferencesignal.Inthepowerallocationscheme
,underthepremiseofguaranteeingtheinterruptionperformanceofthemain
system,itproposedanoptimizationequationfortheprobabilityofsubsystemoutage,whichmaximizedthesubsystemthrough
putbycorrelatingthepowerallocationfactors.Experimentalresultsshowthatthealgorithmhasagoodeffectinimprovingin
terruptperformanceandsystemthroughput.
Keywords:dualchannelcooperativerelay;cognitivewirelessnetwork;interruptperformance;powerallocation
0 引言
面对日益匮乏的无线频谱资源,认知无线电网络理论的提
出已成为解决频谱资源紧缺问题的重要途径。然而,虽然认知
无线电网络充分利用了空闲频谱,提高了网络的频谱效率,却
无法解决主要许可设备在共享频谱时所面临的干扰问题,这毫
无疑问降低了主系统的性能
[1,2]
。为了权衡主、次系统在认知
无线网络中的服务质量,有许多基于博弈理论的协作频谱共享
技术,如随机几何理论、多输入多输出(MIMO)等技术被结合
应用于认知无线网络
[3~6]
。但在这些传统的协作中继频谱共
享方案中,需要多个通信阶段来传输相同的主信号,同样带来
主系统受干扰大以及次系统的频谱访问机会低等问题。因此,
提出一种更为有效的认知无线中继网络,在提高次系统频谱使
用效率的同时限制主用户受到的干扰来保障主系统性能,对于
认知无线网络的研究来说显得尤为重要。在认知中继网络的
研究上,赵澄等人
[7]
研究了基于能量均衡的认知无线电双向
中继网络,通过双向中继策略实现网络功率归一化处理,实现
无线通信网络中节点能量的均衡和网络生存寿命的最大化。
冯立等人
[8]
研究认知中继网络中基于能效的协作传输技术,
提出了一种高效的交叉迭代算法,解决以感知时间与功率为优
化变量的系统平均能效最大化问题,提升次级传输的能量效率
和传输可靠性。
Bastami等人
[9]
提出一种认知 MIMO双向中继
网络,通过优化认知节点中继选择和频谱分配两个问题,使得
主网络在满足数据可达到速率方面的最低服务质量(QoS)要
求的约束下,二级网络能实现传输速率最大化。Singh等人
[10]
提出了一种基于能量采集中继的认知双向网络,通过一种功率
分配中继协议来为放大中继和转发中继分配能量,并分析了次
系统的中断性能,通过中断性能和能量分配的联合优化来提升
网络的吞吐量。Li等人
[11]
提出一种自适应认知双向中继网络
的功率分配和中断分析方法,该方法通过分析主系统的中断概
率,在主系统的传输服务质量限制下导出次系统中断概率的精
确闭合表达式,并根据中断概率对次系统进行功率分配,减少
次系统对主系统的干扰,同时提高整个网络的中断性能。
为了提高频谱利用效率,本文提出了协作中继方法,使得
次系统在共享频谱进行数据传输工作的同时,承担主信号的连
续中继任务,提升主系统的性能。在认知中继网络中,一般为
了提高次系统的传输效率,需要给次系统分配更多的能量,但
随着次系统发射器功率的提升,会增大对主系统的干扰效益。
第 37卷第 6期
2020年 6月
计 算 机 应 用 研 究
ApplicationResearchofComputers
Vol.37No.6
Jun.2020