技術(shù)特征：

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(diǎn)PUS、一個具有N_P個天線的授權(quán)用戶目的節(jié)點(diǎn)PUD，一個具有N_t個天線的認(rèn)知用戶源節(jié)點(diǎn)SUS、一個具有N_r個天線的認(rèn)知用戶目的節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)SUS，然后認(rèn)知用戶源節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)接收到的信號信干比SINR_P表示為：

${\mathrm{SINR}}_P=\frac{P_P\left|\right|G_P|{|}_F^2}{P_S\left|\right|H_P|{|}_F^2+{\mathrm{\σ}}_P^2}$

其中，P_P表示授權(quán)用戶源節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的發(fā)送功率；G_P表示授權(quán)用戶源節(jié)點(diǎn)與授權(quán)用戶目的節(jié)點(diǎn)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(diǎn)和授權(quán)用戶目的節(jié)點(diǎn)具有的天線的數(shù)目；H_P表示認(rèn)知用戶源節(jié)點(diǎn)與授權(quán)用戶目的節(jié)點(diǎn)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(diǎn)具有的天線的數(shù)目；表示授權(quán)用戶源節(jié)點(diǎn)與授權(quán)用戶目的節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)發(fā)送的信息，先通過中繼節(jié)點(diǎn)解碼轉(zhuǎn)發(fā)后，再發(fā)送給認(rèn)知用戶目的節(jié)點(diǎn)；

第i個中繼節(jié)點(diǎn)接收到的信號的信干比γ_i1為：

${\mathrm{\γ}}_{i1}=\frac{P\left|\right|H_i|{|}_F^2}{{\mathrm{\σ}}_{CR}^2}$

認(rèn)知用戶目的節(jié)點(diǎn)接收到的信號的信干比γ₂為：

${\mathrm{\γ}}_2=\frac{\frac{{\mathrm{PP}}_R\left|\right|H_i\left|{|}_F^2\right|\left|G_i\right|{|}_F^2}{P\left|\right|H_i|{|}_F^2+{\mathrm{\σ}}_{CR}^2}}{\frac{P_R}{P\left|\right|H_i|{|}_F^2+{\mathrm{\σ}}_{CR}^2}\left|\right|G_i|{|}_F^2{\mathrm{\σ}}_{CR}^2+{\mathrm{\σ}}_{RD}^2}$

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

$P_{out}\left({\mathrm{\γ}}_{Pth}\right)=1-\frac{1}{{(1+\frac{P_S{\mathrm{\γ}}_{Pth}}{P_P})}^{N_t}}\exp (-\frac{{\mathrm{\γ}}_{Pth}{\mathrm{\σ}}_P^2}{2P_P});$

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：

$P_{out}\left({\mathrm{\γ}}_{Sth}\right)=(2N_r{N}_{Rr}{N}_{Rt}{N}_t-1)!\×\frac{\mathrm{\Γ}(4N_r{N}_{Rr}+4N_{Rt}{N}_t)}{{\left(\frac{1}{2P}\right)}^{4N_r{N}_{Rr}+4N_{Rt}{N}_t}}$

$\begin{array}{c}F(4N_r{N}_{Rr},4N_r{N}_{Rr}+4N_{Rt}{N}_t;4N_r{N}_{Rr}+4N_{Rt}{N}_t;(1-\frac{P}{P_R}\left)\right)-\\ (2N_r{N}_{Rr}{N}_{Rt}{N}_t-1)!\×\underset{m=0}{\overset{2N_r{N}_{Rr}{N}_{Rt}{N}_t-1}{\Σ}}\frac{{\left(\frac{{\mathrm{\γ}}_{Sth}}{2P_R}\right)}^m\mathrm{\Γ}(4N_r{N}_{Rr}+4N_{Rt}{N}_t{N}_r{N}_{Rr}+m)}{{(\frac{{\mathrm{\γ}}_{Sth}}{2P_R}+\frac{1}{2P})}^{4N_r{N}_{Rr}+4N_{Rt}{N}_t{N}_r{N}_{Rr}+m}}\×\end{array}$

$F(4N_r{N}_{Rr},4N_r{N}_{Rr}+4N_{Rt}{N}_t{N}_r{N}_{Rr}+m;4N_r{N}_{Rr}+4N_{Rt}{N}_t{N}_r{N}_{Rr};-\frac{(\frac{1}{2P}-\frac{1}{2P_R})}{(\frac{1}{2P_R}+\frac{{\mathrm{\γ}}_{Sth}}{2P_R})})$

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

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的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，所述步驟a中，所述頻譜感知方式是混合頻譜感知方式，即同時采用譜覆蓋和譜重疊這兩種方式；譜覆蓋方式是指在授權(quán)用戶沒有使用授權(quán)頻段進(jìn)行信息傳輸時，認(rèn)知用戶暫時使用該授權(quán)頻段進(jìn)行信息傳輸；譜重疊方式是指認(rèn)知用戶的發(fā)射功率與授權(quán)用戶同時占用授權(quán)頻段。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的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，所述步驟3中復(fù)加權(quán)系數(shù)既用于調(diào)整信號相位，也用于調(diào)整信號幅度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的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，所述步驟4.1中，授權(quán)用戶的中斷概率受授權(quán)用戶源節(jié)點(diǎn)天線數(shù)量N_t和認(rèn)知用戶源節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率P_S的影響。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的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，所述步驟4.2中，認(rèn)知用戶的SINR中斷概率授權(quán)受N_rN_Rr和N_rN_RrN_RtN_t的影響。