認知雙向中繼網(wǎng)絡的自適應優(yōu)化方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種認知雙向中繼網(wǎng)絡的自適應優(yōu)化方法，包括：設定主用戶節(jié)點的干擾溫度和次用戶節(jié)點的中斷概率門限值；估計得到認知雙向中繼網(wǎng)絡中各個節(jié)點的信道狀態(tài)信息；通過預設中斷概率快速評估方法計算認知雙向中繼網(wǎng)絡的中斷概率；比較中斷概率和中斷概率門限值；如果中斷概率小于中斷概率門限值，則通過認知雙向中繼網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)，否則調(diào)整認知雙向中繼網(wǎng)絡的傳輸速率以降低認知雙向中繼網(wǎng)絡的中斷概率。根據(jù)本發(fā)明實施例的認知雙向中繼網(wǎng)絡的自適應優(yōu)化方法可有效保證認知雙向中繼網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸可靠性。本發(fā)明還提出了一種認知雙向中繼網(wǎng)絡的自適應優(yōu)化系統(tǒng)。
【專利說明】認知雙向中繼網(wǎng)絡的自適應優(yōu)化方法及系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明設計通信【技術領域】，特別涉及一種認知雙向中繼網(wǎng)絡的自適應優(yōu)化方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]認知無線電是未來無線網(wǎng)絡的關鍵技術之一。通過頻譜共享，認知無線電能極大地提高頻譜效率，是緩解頻譜資源緊張的有效舉措.一個共存式頻譜共享系統(tǒng)，在保證主用戶服務質(zhì)量(quality of service, QoS)的前提下,無論頻譜是否被主用戶占用，次用戶都可以接入授權網(wǎng)絡。但是，由于次用戶的發(fā)送功率受到嚴格限制，次用戶的傳輸質(zhì)量很難得到保證。如何提高次用戶性能成為研究的熱點。
[0003]中繼技術能有效地擴大信號的覆蓋范圍，提高傳輸質(zhì)量，是第四代(4G)無線通信的關鍵技術之一。相對于傳統(tǒng)的單向中繼，雙向中繼技術能進一步提高頻譜效率。因此，將雙向中繼技術和認知無線電結合起來，就成為提高次用戶性能的可靠手段。
[0004]認知雙向中繼網(wǎng)絡有望在未來的無線通信標準中出現(xiàn)。認知雙向中繼網(wǎng)絡主要通過頻譜共享來提高頻譜資源的利用效率，同時引入雙向中繼技術提升次用戶的通信質(zhì)量。雙向中繼技術的引入帶來兩個好處:1.相對于傳統(tǒng)的單向中繼，可以進一步提高頻譜效率；2.能保證次用戶的傳輸質(zhì)量。但是目前對于優(yōu)化認知雙向中繼網(wǎng)絡性能的方法還很少，這是需要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在至少解決上述技術問題之一。
[0006]為此，本發(fā)明的目的在于提出一種認知雙向中繼網(wǎng)絡的自適應優(yōu)化方法，該方法可有效保證認知雙向中繼網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸可靠性。
[0007]本發(fā)明還提出了一種認知雙向中繼網(wǎng)絡的自適應優(yōu)化系統(tǒng)。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面的實施例提供了一種認知雙向中繼網(wǎng)絡的自適應優(yōu)化方法，所述認知雙向中繼網(wǎng)絡包括多個節(jié)點，所述多個節(jié)點至少包括主用戶節(jié)點、次用戶節(jié)點和中繼站節(jié)點，所述方法包括以下步驟:設定所述主用戶節(jié)點的干擾溫度和所述次用戶節(jié)點的中斷概率門限值；估計得到所述認知雙向中繼網(wǎng)絡中各個節(jié)點的信道狀態(tài)信息；通過預設中斷概率快速評估方法，利用所述各個節(jié)點的信道狀態(tài)信息計算所述認知雙向中繼網(wǎng)絡的中斷概率；比較所述中斷概率和所述中斷概率門限值；以及如果所述中斷概率小于所述中斷概率門限值，則通過所述認知雙向中繼網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)，否則調(diào)整所述認知雙向中繼網(wǎng)絡的傳輸速率以降低所述認知雙向中繼網(wǎng)絡的中斷概率。
[0009]根據(jù)本發(fā)明實施例的方法，可以與網(wǎng)絡預先設定的傳輸質(zhì)量要求進行對比，如果評估的中斷概率超過網(wǎng)絡的設計要求，就可以通過實時調(diào)整次用戶的傳輸速率，來降低系統(tǒng)的中斷概率，保證網(wǎng)絡傳輸?shù)目煽啃浴?br> [0010]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的認知雙向中繼網(wǎng)絡的自適應優(yōu)化方法還可以具有如下附加的技術特征:
[0011]在一些示例中，所述通過預設中斷概率快速評估方法，利用所述各個節(jié)點的信道狀態(tài)信息計算所述認知雙向中繼網(wǎng)絡的中斷概率，具體包括:對預設個數(shù)的時隙的中斷概率進行評估；根據(jù)對所述預設個數(shù)的時隙的中斷概率的評估結果計算得到所述認知雙向中繼網(wǎng)絡的中斷概率。
[0012]在一些示例中，所述預設個數(shù)為3。
[0013]在一些示例中，所述認知雙向中繼網(wǎng)絡為采用時分廣播傳輸模式的認知雙向中繼網(wǎng)絡。
[0014]在一些示例中，所述次用戶節(jié)點在用于數(shù)據(jù)傳輸過程時分為三個等時隙，并采用時分廣播模式進行數(shù)據(jù)傳輸，所述中繼站節(jié)點用于數(shù)據(jù)傳輸過程時，采用譯碼轉發(fā)模式。
[0015]本發(fā)明第二方面的實施例一種認知雙向中繼網(wǎng)絡的自適應優(yōu)化系統(tǒng)，所述認知雙向中繼網(wǎng)絡包括多個節(jié)點，所述多個節(jié)點至少包括主用戶節(jié)點、次用戶節(jié)點和中繼站節(jié)點，所述系統(tǒng)包括:設定模塊，用于設定所述主用戶節(jié)點的干擾溫度和所述次用戶節(jié)點的中斷概率門限值；估計模塊，用于估計得到所述認知雙向中繼網(wǎng)絡中各個節(jié)點的信道狀態(tài)信息；中斷概率計算模塊，用于通過預設中斷概率快速評估方法，利用所述各個節(jié)點的信道狀態(tài)信息計算所述認知雙向中繼網(wǎng)絡的中斷概率；以及比較模塊，用于比較所述中斷概率和所述中斷概率門限值；傳輸控制模塊，用于在所述中斷概率小于所述中斷概率門限值時，控制所述認知雙向中繼網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)，否則調(diào)整所述認知雙向中繼網(wǎng)絡的傳輸速率以降低所述認知雙向中繼網(wǎng)絡的中斷概率。
[0016]根據(jù)本發(fā)明實施例的系統(tǒng)，可以與網(wǎng)絡預先設定的傳輸質(zhì)量要求進行對比，如果評估的中斷概率超過網(wǎng)絡的設計要求，就可以通過實時調(diào)整次用戶的傳輸速率，來降低系統(tǒng)的中斷概率，保證網(wǎng)絡傳輸?shù)目煽啃浴?br> [0017]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的認知雙向中繼網(wǎng)絡的自適應優(yōu)化系統(tǒng)還可以具有如下附加的技術特征
[0018]在一些示例中，所述中斷概率計算模塊用于:對預設個數(shù)的時隙的中斷概率進行評估，并根據(jù)對所述預設個數(shù)的時隙的中斷概率的評估結果計算得到所述認知雙向中繼網(wǎng)絡的中斷概率。
[0019]在一些示例中，所述預設個數(shù)為3。
[0020]在一些示例中，所述認知雙向中繼網(wǎng)絡為采用時分廣播傳輸模式的認知雙向中繼網(wǎng)絡。
[0021]在一些示例中，所述次用戶節(jié)點在用于數(shù)據(jù)傳輸過程時分為三個等時隙，并采用時分廣播模式進行數(shù)據(jù)傳輸，所述中繼站節(jié)點用于數(shù)據(jù)傳輸過程時，采用譯碼轉發(fā)模式。
[0022]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0024]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的認知雙向中繼網(wǎng)絡自適應優(yōu)化方法的流程圖；[0025]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的認知雙向中繼網(wǎng)絡自適應優(yōu)化方法中的認知雙向中繼網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸原理圖；
[0026]圖3是應用本發(fā)明一個實施例的認知雙向中繼網(wǎng)絡自適應優(yōu)化方法的中斷概率的快速評估的仿真結果示意圖；以及
[0027]圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的認知雙向中繼網(wǎng)絡自適應優(yōu)化系統(tǒng)的結構框圖。【具體實施方式】
[0028]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0029]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0030]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。
[0031]參照下面的描述和附圖，將清楚本發(fā)明的實施例的這些和其他方面。在這些描述和附圖中，具體公開了本發(fā)明的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本發(fā)明的實施例的原理的一些方式，但是應當理解，本發(fā)明的實施例的范圍不受此限制。相反，本發(fā)明的實施例包括落入所附加權利要求書的精神和內(nèi)涵范圍內(nèi)的所有變化、修改和等同物。
[0032]以下結合附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例的認知雙向中繼網(wǎng)絡自適應優(yōu)化方法及系統(tǒng)。
[0033]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的認知雙向中繼網(wǎng)絡自適應優(yōu)化方法的流程圖。其中，如圖2所示，認知雙向中繼網(wǎng)絡包括多個節(jié)點，多個節(jié)點至少包括主用戶節(jié)點C(簡稱主用戶)、次用戶節(jié)點A和B (簡稱次用戶)和中繼站節(jié)點T (簡稱中繼站)。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明一個實施例的認知雙向中繼網(wǎng)絡自適應優(yōu)化方法，包括如下步驟:
[0034]步驟SlOl:設定主用戶節(jié)點的干擾溫度和次用戶節(jié)點的中斷概率門限值；
[0035]步驟S102:估計得到認知雙向中繼網(wǎng)絡中各個節(jié)點的信道狀態(tài)信息。
[0036]步驟S103:通過預設中斷概率快速評估方法，利用各個節(jié)點的信道狀態(tài)信息計算認知雙向中繼網(wǎng)絡的中斷概率。
[0037]具體地，通過預設中斷概率快速評估方法，利用所述各個節(jié)點的信道狀態(tài)信息計算所述認知雙向中繼網(wǎng)絡的中斷概率，具體包括:
[0038]S31:對預設個數(shù)的時隙的中斷概率進行評估。其中，預設個數(shù)為3。
[0039]S32:根據(jù)對所述預設個數(shù)的時隙的中斷概率的評估結果計算得到所述認知雙向中繼網(wǎng)絡的中斷概率。
[0040]步驟S104:比較中斷概率和中斷概率門限值。
[0041]步驟S105:如果中斷概率小于中斷概率門限值，則通過認知雙向中繼網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)。
[0042]步驟S106:如果中斷概率不小于中斷概率門限值，則調(diào)整認知雙向中繼網(wǎng)絡的傳輸速率以降低認知雙向中繼網(wǎng)絡的中斷概率。
[0043]在本發(fā)明的一個實施例中，認知雙向中繼網(wǎng)絡為采用時分廣播傳輸模式的認知雙向中繼網(wǎng)絡。
[0044]在本發(fā)明的一個實施例中，次用戶節(jié)點在用于數(shù)據(jù)傳輸過程時分為三個等時隙，并采用時分廣播模式進行數(shù)據(jù)傳輸，所述中繼站節(jié)點用于數(shù)據(jù)傳輸過程時，采用譯碼轉發(fā)模式。
[0045]具體地說，本發(fā)明實施例的認知雙向中繼網(wǎng)絡自適應優(yōu)化方法中所提的認知雙向中繼網(wǎng)絡中各個節(jié)點包括但不限于:主用戶(即主用戶節(jié)點)、次用戶(即次用戶節(jié)點)和中繼站(即中繼站節(jié)點)。作為一個具體的示例，如圖2所示，示出了包含I個主用戶C，2個次用戶(即次用戶A和次用戶B)和I個中繼站T。
[0046]本發(fā)明實施例的認知雙向中繼網(wǎng)絡自適應優(yōu)化方法的基本思想是:首先在主用戶端預先設定一個干擾溫度，各節(jié)點能獲得信道狀態(tài)信息，中繼站采用譯碼轉發(fā)(DF)方式。次用戶采用時分廣播(TDBC)模式，在三個等時隙的傳輸過程中，信道均為瑞利衰落信道。通過本發(fā)明實施例中預設的中斷概率評估方法，得到準確的中斷概率，并在此基礎上，實時調(diào)整信息的傳輸速率，降低中斷`概率，提升網(wǎng)絡性能。
[0047]例如:設每個節(jié)點配置單天線，在認知雙向中繼網(wǎng)絡中，依據(jù)TDBC協(xié)議，傳輸過程分為3個等時隙。如附圖2中所示，用C表示主用戶，A和B分別表示兩個次用戶，T表示中繼站。示例中，C端預先設定一個干擾溫度Ith，A、B和T在傳輸過程中，必須滿足對于主用
戶的干擾限制。即A、B和T的最大傳輸功率為和^F。

IM IM \hrc\
[0048]在傳輸過程的前兩個時隙，A和B分別發(fā)送信號，在中繼站T端的接收信號可以表示為:
[0049]Vn = h1T+ nri， yT2 = hljr+ H1
\\Kc\VlVl
[0050]其中xA 和 xB 分別為 A 和 B 的發(fā)送信號，hi」((i, j) e {(A, T)，(B, T)，(A, C)，(B, C)，(Τ, A)，(Τ, B)，(Τ，C)})，ητ1和ηΤ2分別是前兩個時隙信道的Gauss白噪聲。
[0051]在傳輸過程的第三個時隙，T將之前成功譯碼后的信號，重新編碼，然后進行廣播。在A、B端的接收信號為
[0052]yι^ ~ h.'n — + nn
\ψτλ



ο
[0053]其中I e {A, B}，χτ分別為T的發(fā)送信號，n13是接收端的Gauss白噪聲。
[0054]根據(jù)中斷概率的定義，即當信道容量I小于傳輸速率R，就認為發(fā)生中斷。將定義進行擴展，在一個認知雙向中繼網(wǎng)絡中，只要任何一個時隙發(fā)生中斷，就認為網(wǎng)絡發(fā)生了中斷。因此中斷概率可以表示為
[0055]
【權利要求】
1.一種認知雙向中繼網(wǎng)絡的自適應優(yōu)化方法，其特征在于，所述認知雙向中繼網(wǎng)絡包括多個節(jié)點，所述多個節(jié)點至少包括主用戶節(jié)點、次用戶節(jié)點和中繼站節(jié)點，所述方法包括以下步驟: 設定所述主用戶節(jié)點的干擾溫度和所述次用戶節(jié)點的中斷概率門限值； 估計得到所述認知雙向中繼網(wǎng)絡中各個節(jié)點的信道狀態(tài)信息； 通過預設中斷概率快速評估方法，利用所述各個節(jié)點的信道狀態(tài)信息計算所述認知雙向中繼網(wǎng)絡的中斷概率； 比較所述中斷概率和所述中斷概率門限值； 如果所述中斷概率小于所述中斷概率門限值，則通過所述認知雙向中繼網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)；以及 如果所述中斷概率不小于所述中斷概率門限值，則調(diào)整所述認知雙向中繼網(wǎng)絡的傳輸速率以降低所述認知雙向中繼網(wǎng)絡的中斷概率。
2.根據(jù)權利要求1所述的認知雙向中繼網(wǎng)絡的自適應優(yōu)化方法，其特征在于，所述通過預設中斷概率快速評估方法，利用所述各個節(jié)點的信道狀態(tài)信息計算所述認知雙向中繼網(wǎng)絡的中斷概率，具體包括: 對預設個數(shù)的時隙的中斷概率進行評估； 根據(jù)對所述預設個數(shù)的時隙的中斷概率的評估結果計算得到所述認知雙向中繼網(wǎng)絡的中斷概率。
3.根據(jù)權利要求2所述的認知雙向`中繼網(wǎng)絡的自適應優(yōu)化方法，其特征在于，所述預設個數(shù)為3。
4.根據(jù)權利要求1所述的認知雙向中繼網(wǎng)絡的自適應優(yōu)化方法，其特征在于，所述認知雙向中繼網(wǎng)絡為采用時分廣播傳輸模式的認知雙向中繼網(wǎng)絡。
5.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的認知雙向中繼網(wǎng)絡的自適應優(yōu)化方法，其特征在于，所述次用戶節(jié)點在用于數(shù)據(jù)傳輸過程時分為三個等時隙，并采用時分廣播模式進行數(shù)據(jù)傳輸，所述中繼站節(jié)點用于數(shù)據(jù)傳輸過程時，采用譯碼轉發(fā)模式。
6.一種認知雙向中繼網(wǎng)絡的自適應優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述認知雙向中繼網(wǎng)絡包括多個節(jié)點，所述多個節(jié)點至少包括主用戶節(jié)點、次用戶節(jié)點和中繼站節(jié)點，所述系統(tǒng)包括: 設定模塊，用于設定所述主用戶節(jié)點的干擾溫度和所述次用戶節(jié)點的中斷概率門限值； 估計模塊，用于估計得到所述認知雙向中繼網(wǎng)絡中各個節(jié)點的信道狀態(tài)信息； 中斷概率計算模塊，用于通過預設中斷概率快速評估方法，利用所述各個節(jié)點的信道狀態(tài)信息計算所述認知雙向中繼網(wǎng)絡的中斷概率；以及 比較模塊，用于比較所述中斷概率和所述中斷概率門限值； 傳輸控制模塊，用于在所述中斷概率小于所述中斷概率門限值時，控制所述認知雙向中繼網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)，否則調(diào)整所述認知雙向中繼網(wǎng)絡的傳輸速率以降低所述認知雙向中繼網(wǎng)絡的中斷概率。
7.根據(jù)權利要求6所述的認知雙向中繼網(wǎng)絡的自適應優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述中斷概率計算模塊用于:對預設個數(shù)的時隙的中斷概率進行評估，并根據(jù)對所述預設個數(shù)的時隙的中斷概率的評估結果計算得到所述認知雙向中繼網(wǎng)絡的中斷概率。
8.根據(jù)權利要求7所述的認知雙向中繼網(wǎng)絡的自適應優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述預設個數(shù)為3。
9.根據(jù)權利要求6所述的認知雙向中繼網(wǎng)絡的自適應優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述認知雙向中繼網(wǎng)絡為采用時分廣播傳輸模式的認知雙向中繼網(wǎng)絡。
10.根據(jù)權利要求6-9任一項所述的認知雙向中繼網(wǎng)絡的自適應優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述次用戶節(jié)點在用于數(shù)據(jù)傳輸過程時分為三個等時隙，并采用時分廣播模式進行數(shù)據(jù)傳輸，所述中繼站節(jié)點·用于數(shù)據(jù)傳輸過程時，采用譯碼轉發(fā)模式。
【文檔編號】H04W24/02GK103826232SQ201410069622
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月27日 優(yōu)先權日:2014年2月27日
【發(fā)明者】王京, 洪浩, 張秀軍, 肖立民, 粟欣, 田志剛 申請人:清華大學