專利名稱：一種主用戶和次級用戶基于頻譜共享的協(xié)作通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于協(xié)作通信技術(shù)領(lǐng)域，具體來講，涉及一種主用戶和次級用戶基于頻譜共享的協(xié)作通信方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代頻譜管理機(jī)制已經(jīng)不能滿足日益增長的無線應(yīng)用和服務(wù)的要求。然而，在實(shí)際的無線通信環(huán)境中，主用戶頻譜資源的利用率往往很低。為了提高頻譜資源的利用率，研究高效地頻譜共享通信系統(tǒng)成為該領(lǐng)域的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。主源用戶P和主目的用戶Ptl組成主網(wǎng)絡(luò)；次級源用戶S 和次級目的用戶D組成次級網(wǎng)絡(luò)。主用戶和次級用戶使用相同的頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。其中， 主源用戶P通過直接鏈路向主目的用戶Ptl發(fā)送數(shù)據(jù)，次級源用戶S通過直接鏈路向次級目的用戶D發(fā)送數(shù)據(jù)，并且兩者互不干擾。當(dāng)主源用戶P到主目的用戶Ptl的直接鏈路信道狀況比較好時(shí)，直接鏈路的數(shù)據(jù)傳輸就可以滿足主用戶的通信質(zhì)量要求。然而，當(dāng)主源用戶P 到主目的用戶Ptl的直接鏈路信道狀況較差時(shí)，僅僅通過直接鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸會(huì)產(chǎn)生較大的中斷概率。對于次級源用戶S和次級目的用戶D的直接鏈路數(shù)據(jù)傳輸來說，也存在同樣情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種主用戶和次級用戶基于頻譜共享的協(xié)作通信方法，以減小數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹袛喔怕?。為?shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明主用戶和次級用戶基于頻譜共享的協(xié)作通信方法， 其特征在于，包括以下步驟(1)、在主網(wǎng)絡(luò)中，主源用戶P到主目的用戶Ptl的直接鏈路的信道狀況比較差，在次級網(wǎng)絡(luò)中，次級源用戶S到次級目的用戶D的直接鏈路的信道狀況也比較差；主源用戶P 和主目的用戶Ptl在次級源用戶S的傳輸范圍之外，次級源用戶S和次級目的用戶D在主源用戶P的傳輸范圍之外；在主網(wǎng)絡(luò)和次級網(wǎng)絡(luò)之間，加入共享中繼R，建立協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)，其中，主源用戶P 到共享中繼R、共享中繼R到主目的用戶Ptl、次級源用戶S到共享中繼R、共享中繼R到次級目的用戶D的信道狀況良好；(2)、在協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)傳輸分為兩個(gè)子時(shí)隙；在第一個(gè)子時(shí)隙里，主源用戶P傳輸主用戶數(shù)據(jù)和到主目的用戶P。，同時(shí)次級源用戶S傳輸次級用戶數(shù)據(jù)&到次級目的用戶D ；兩路用戶數(shù)據(jù)&、xs被共享中繼R接收，共享中繼R對接收到的主用戶數(shù)據(jù)&和次級用戶數(shù)據(jù)xs進(jìn)行解碼；在第二個(gè)子時(shí)隙里，根據(jù)共享中繼R的解碼結(jié)果，執(zhí)行四個(gè)不同的傳輸過程第一種情況共享中繼R可以同時(shí)解碼主用戶數(shù)據(jù)&和次級用戶數(shù)據(jù)時(shí)，共享中繼R對主用戶數(shù)據(jù)&和次級用戶數(shù)據(jù)&進(jìn)行線性編碼，并分配α (0< α < 1)倍共享中繼R的功率&給主用戶信號(hào)，分配(1-α)倍共享中繼R的功率&給次級用戶信號(hào)，然后，共享中繼R將編碼后的主用戶信號(hào)、次級用戶信號(hào)廣播給主目的用戶Ptl和次級目的用戶D;第二種情況共享中繼R只能解碼主用戶數(shù)據(jù)& ；此時(shí)，將所有共享中繼R的功率 Ee分配給主用戶信號(hào)，將主用戶數(shù)據(jù)&轉(zhuǎn)發(fā)給主目的用戶Ptl,同時(shí)，次級源用戶S重新發(fā)送次級用戶數(shù)據(jù)&到次級目的用戶D ；第三種情況共享中繼R只能解碼次級用戶數(shù)據(jù)& ；此時(shí)，將所有共享中繼R的功率&分配給次級用戶信號(hào)，將次級用戶數(shù)據(jù)&轉(zhuǎn)發(fā)給次級目的用戶D，同時(shí)，主源用戶P重新發(fā)送主用戶數(shù)據(jù)和到主目的用戶Ptl ；第四種情況主用戶數(shù)據(jù)&和次級用戶數(shù)據(jù)&都不能被共享中繼R解碼。此時(shí)， 主源用戶P重新發(fā)送主用戶數(shù)據(jù)&到主目的用戶Ptl,同時(shí)，次級源用戶S重新發(fā)送次級用戶數(shù)據(jù)&到次級目的用戶D，共享中繼R進(jìn)入休眠狀態(tài)。本發(fā)明的發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明主用戶和次級用戶基于頻譜共享的協(xié)作通信方法，首先通過在主網(wǎng)絡(luò)和次級網(wǎng)絡(luò)之間加入共享中繼R，建立協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)，然后，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡谝粋€(gè)子時(shí)隙，主源用戶P、次級源用戶S同時(shí)分別向主目的用戶Ptl、次級目的用戶D發(fā)送主用戶數(shù)據(jù)χΡ、次級用戶數(shù)據(jù)&，共享中繼R接收到兩路用戶數(shù)據(jù)后，都進(jìn)行解碼，然后，根據(jù)解碼結(jié)果執(zhí)行不同的傳輸過程如果都能解碼，則都由共享中繼R進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；如果只有一路能解碼，則轉(zhuǎn)發(fā)該路用戶數(shù)據(jù)，另一路重發(fā)；如果兩路都不能解碼，則都重發(fā)。由于共享中繼R與主源用戶P、主目的用戶Po、次級源用戶S、次級目的用戶D的信道狀況良好，本發(fā)明通過在主網(wǎng)絡(luò)和次級網(wǎng)絡(luò)之間加入共享中繼來R提高次級用戶數(shù)據(jù)傳輸效率，即本發(fā)明的協(xié)作通信方法比直接傳輸具有更小的主用戶中斷概率和次級用戶中斷概率；同時(shí)保證了主用戶的通信質(zhì)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了主用戶和次級用戶之間高效的頻譜共享。


圖1是傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明中協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)圖；圖3是四個(gè)不同的傳輸過程示意圖；圖4是發(fā)射信噪比ΥΡ，^和Ys對主用戶中斷概率和次級中斷概率的影響曲線圖；圖5是最大次級用戶功率&受限時(shí)與發(fā)射信噪比ΥΡ，曲線圖；圖6是功率分配倍數(shù)α受限時(shí)與發(fā)射信噪比Yk的曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許會(huì)淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時(shí)，這些描述在這里將被忽略。實(shí)施例圖2是本發(fā)明中協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)圖。CN 102404749 A
說明書
3/7頁在本實(shí)施例中，如圖2所示，本發(fā)明中的協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)模型是在圖1所示傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上加入共享中繼R而組成的。其中，共享中繼R同時(shí)位于主源用戶P和次級源用戶S的傳輸范圍之內(nèi)。此外，主源用戶P到主目的用戶Ptl和次級源用戶S到次級目的用戶D的直接鏈路的信道狀況都比較差；而主源用戶P到共享中繼R、共享中繼R到主目的用戶Ptl、次級源用戶S到共享中繼R、共享中繼R到次級目的用戶D的信道狀況良好。主源用戶P使用功率&和速率&傳輸主用戶數(shù)據(jù)和到主目的用戶Ptl，同時(shí)，次級源用戶S使用功率&和速率&傳輸次級用戶數(shù)據(jù)&到次級目的用戶D。該協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸分為兩個(gè)子時(shí)隙。在第一個(gè)子時(shí)隙里，主源用戶P 傳輸主用戶數(shù)據(jù)&到主目的用戶Po，同時(shí)次級源用戶S傳輸數(shù)據(jù)到次級目的用戶D?？梢钥吹?，兩路用戶數(shù)據(jù)xP、Xs都會(huì)被共享中繼R接收。主目的用戶Po、次級目的用戶D以及共享中繼R三個(gè)節(jié)點(diǎn)的接收信號(hào)可以分別表示為=λ/^Ρ^ΡΡο xP + nP0(1)
=λ/^S ^SDxS + nD⑵
—^jEphPRxp + ^EsHsrXs + TIr(3)其中，EP、&為主源用戶P、次級源用戶S的功率，ht] (， V/' e {P0,D,R}，i^j )表示從i到j(luò)的信道系數(shù)，并且對應(yīng)的信道方差為《，Iij表示均值為 0，功率譜密度為Ntl的高斯白噪聲。此時(shí)，共享中繼R對主用戶數(shù)據(jù)&和次級用戶數(shù)據(jù)Xs進(jìn)行解碼。在第二個(gè)子時(shí)隙里，，根據(jù)共享中繼R的解碼結(jié)果，執(zhí)行四個(gè)不同的傳輸過程。具體如圖3所示。令A(yù)表示共享中繼R可以解碼主用戶數(shù)據(jù)Xp，B表示共享中繼R可以解碼次級用戶數(shù)據(jù)&。該過程具體描述如下第一種情況共享中繼R可以同時(shí)解碼主用戶數(shù)據(jù)^cp和次級用戶數(shù)據(jù)& ；此時(shí)，共享中繼R對主用戶數(shù)據(jù)&和次級用戶數(shù)據(jù)&進(jìn)行線性編碼，并分配α (0< α < 1)倍共享中繼R的功率&給主用戶信號(hào)，分配(1-α)倍共享中繼R的功率&給次級用戶信號(hào)，然后，共享中繼R將編碼后的主用戶信號(hào)、次級用戶信號(hào)廣播給主目的用戶Ptl和次級目的用戶D。在該種情況下，主目的用戶Ptl和次級目的用戶D接收到信號(hào)為y{^AB = Ι^β ζΧρ + a) ERXS ) Vo + nPo(4)y(^AB =+ ^1(1-a) ErXs ) hRD +nD(5)第二種情況共享中繼R只能解碼主用戶數(shù)據(jù)Xp ；此時(shí)，將所有共享中繼R的功率 Ee分配給主用戶信號(hào)，將主用戶數(shù)據(jù)&轉(zhuǎn)發(fā)給主目的用戶Ptl,同時(shí)，次級源用戶S重新發(fā)送次級用戶數(shù)據(jù)xs到次級目的用戶D。在該種情況下，主目的用戶Ptl和次級目的用戶D接收到信號(hào)為=χρ + nP0(6)= ^hsoXs + ^KhRDxP + nD(7) 第三種情況共享中繼R只能解碼次級用戶數(shù)據(jù)Xs ；此時(shí)，將所有共享中繼R的功率&分配給次級用戶信號(hào)，將次級用戶數(shù)據(jù)Xs轉(zhuǎn)發(fā)給次級目的用戶D，同時(shí)，主源用戶P重 新發(fā)送主用戶數(shù)據(jù)&到主目的用戶&。在該種情況下，主目的用戶Ptl和次級目的用戶D接 收到信號(hào)為
權(quán)利要求
1. 一種主用戶和次級用戶基于頻譜共享的協(xié)作通信方法，其特征在于，包括以下步驟(1)、在主網(wǎng)絡(luò)中，主源用戶P到主目的用戶Ptl的直接鏈路的信道狀況比較差，在次級網(wǎng)絡(luò)中，次級源用戶S到次級目的用戶D的直接鏈路的信道狀況也比較差；主源用戶P和主目的用戶Ptl在次級源用戶S的傳輸范圍之外，次級源用戶S和次級目的用戶D在主源用戶 P的傳輸范圍之外；在主網(wǎng)絡(luò)和次級網(wǎng)絡(luò)之間，加入共享中繼R，建立協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)，其中，主源用戶P到共享中繼R、共享中繼R到主目的用戶Ptl、次級源用戶S到共享中繼R、共享中繼R到次級目的用戶D的信道狀況良好；(2)、在協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)傳輸分為兩個(gè)子時(shí)隙；在第一個(gè)子時(shí)隙里，主源用戶P傳輸主用戶數(shù)據(jù)和到主目的用戶Ptl,同時(shí)次級源用戶S 傳輸次級用戶數(shù)據(jù)&到次級目的用戶D ；兩路用戶數(shù)據(jù)&、xs被共享中繼R接收，共享中繼 R對接收到的主用戶數(shù)據(jù)&和次級用戶數(shù)據(jù)xs進(jìn)行解碼；在第二個(gè)子時(shí)隙里，根據(jù)共享中繼R的解碼結(jié)果，執(zhí)行四個(gè)不同的傳輸過程 第一種情況共享中繼R可以同時(shí)解碼主用戶數(shù)據(jù)&和次級用戶數(shù)據(jù)& ；此時(shí)，共享中繼R對主用戶數(shù)據(jù)&和次級用戶數(shù)據(jù)&進(jìn)行線性編碼，并分配α (0 < α < 1)倍共享中繼R的功率&給主用戶信號(hào)，分配(l-α)倍共享中繼R的功率&給次級用戶信號(hào)，然后， 共享中繼R將編碼后的主用戶信號(hào)、次級用戶信號(hào)廣播給主目的用戶Ptl和次級目的用戶D ； 第二種情況共享中繼R只能解碼主用戶數(shù)據(jù)時(shí)，將所有共享中繼R的功率&分配給主用戶信號(hào)，將主用戶數(shù)據(jù)&轉(zhuǎn)發(fā)給主目的用戶Ptl,同時(shí)，次級源用戶S重新發(fā)送次級用戶數(shù)據(jù)&到次級目的用戶D ；第三種情況共享中繼R只能解碼次級用戶數(shù)據(jù)& ；此時(shí)，將所有共享中繼R的功率& 分配給次級用戶信號(hào)，將次級用戶數(shù)據(jù)&轉(zhuǎn)發(fā)給次級目的用戶D，同時(shí)，主源用戶P重新發(fā)送主用戶數(shù)據(jù)和到主目的用戶Ptl ；第四種情況主用戶數(shù)據(jù)&和次級用戶數(shù)據(jù)&都不能被共享中繼R解碼。此時(shí)，主源用戶P重新發(fā)送主用戶數(shù)據(jù)&到主目的用戶Ptl,同時(shí)，次級源用戶S重新發(fā)送次級用戶數(shù)據(jù)xs到次級目的用戶D，共享中繼R進(jìn)入休眠狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種主用戶和次級用戶基于頻譜共享的協(xié)作通信方法，通過在主網(wǎng)絡(luò)和次級網(wǎng)絡(luò)之間加入共享中繼R建立協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡谝粋€(gè)子時(shí)隙，主源用戶P、次級源用戶S同時(shí)分別向主目的用戶P0、次級目的用戶D發(fā)送主用戶數(shù)據(jù)xP、次級用戶數(shù)據(jù)xS，共享中繼R接收到兩路用戶數(shù)據(jù)后，都進(jìn)行解碼，如果都能解碼，則都由共享中繼R進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；如果只有一路能解碼，則轉(zhuǎn)發(fā)該路用戶數(shù)據(jù)，另一路重發(fā)；如果兩路都不能解碼，則都重發(fā)。本發(fā)明的協(xié)作通信方法比直接傳輸具有更小的主用戶中斷概率和次級用戶中斷概率，同時(shí)保證了主用戶的通信質(zhì)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了主用戶和次級用戶之間高效的頻譜共享。
文檔編號(hào)H04W16/26GK102404749SQ20111037277
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者代澤洋, 劉健, 隆克平 申請人:電子科技大學(xué)