认知中继网络中认知用户基于频谱感知机会中继的中断性能分析.pdfVIP

第17卷第3期电路与系统学报Vo1．17No．3

2012年6月JOURNALoFCIRCUITSANDSYSTEMSJune，2012

文章编号：1007-0249(2012)030·125—05

认知中继网络中认知用户基于频谱感知机会中继的

中断性能分析

袁福，郑林华，袁继兵

(国防科学技术大学电子科学与工程学院，湖南长沙410073)

摘要；认知无线电中继网络中，认知用户需要成功感知到其所在簇内的主用户频谱空穴后才能成为认知中继节点，

且各认知中继节点发射功率受到各自主用户干扰温度限制(ITC)。该文对认知中继节点采用分布式空时编码和解码转

发协议时认知用户的中断性能进行了分析；给出了认知用户在干扰温度限制下中断概率的上下界，得出中断概率的上

下界在不同干扰温度限下与认知用户归一化数据速率、中继数量和其对主用户检测概率的关系。给出了源节点和频谱

感知中继节点在相同干扰温度限下的数值仿真，并对仿真结果进行了分析。

关键词认知无线电网络；频谱感知中继；解码转发；中断概率

中图分类号tTN929．5文献标识码tA

1引言

无线网络中随着无线终端数量的增加，无线频谱资源逐渐变得稀缺。然而调查发现这些终端的频

谱资源在某些时间段并没有被占用，这导致其频谱利用率不高。为了充分利用日益稀缺的频谱资源，

提高无线频谱资源的利用率，1999年Mitola在软件无线电基础上首先提出了认知无线电(Cognitive

Radio)的概念，希望通过认知无线电来充分利用无线网络中稀缺的频谱资源，提高频谱利用率l【J。

认知无线电指能够感知周围环境、学习周围环境并且参照授权用户(PrimaryUser，PU)的射频激励

情况自适应调整操作参数(如：传输功率、载波频率、调制方式等)的一种智能无线通信系统L3J。认

知无线通信系统中的用户被称为非授权用户或认知用户(SecondaryUser，SU)，其构成的网络也称之

为认知无线电网络。认知无线网络中，认知用户使用协同中继技术构成认知中继网络，获得空间分集

增益或频率分集增益，增加了系统的频谱效率和通信可靠性[4]，可以提高系统信号传输的可靠性和频

谱效率~7]。

中继网络的研究中，文献[8]提出了一种发射端采用机会中继的无线通信网络模型，并对总功率受

限条件下，发射端在解码转发协议和放大转发中继协议下的中断概率进行了分析，得出中继节点即使

没有直接参与中继而只是对发端信号进行侦听，也能使发射端获得协同分集增益的好处。文献[9]提出

一种中继节点基于频谱感知参与中继的无线通信网络模型，将中继分为完美频谱感知和非完美频谱感

知中继，并对这两种情况下的中断概率和分集性能进行了分析。但是文献[9]的模型中源节点并不是一

个认知用户，且没有视距传输路径，其给出的性能分析是以假设端到端接收信噪比趋于无穷大，各中

继节点对簇内PU检测概率相同条件下得到的。实际情况是认知无线网络中，源节点认知用户和认知

中继节点受到其所处簇内Pu干扰温度限的限制，发射功率不可能趋于无穷大，导致端到端接收信噪

比不可能无穷大；此外，它们对簇内PU的检测概率也可能不同。

本文提出了一种源节点为认知用户使用频谱感知中继来增加传输可靠性的模型，且其与目的节点

可以视距传输。针对该模型，对认知中继网络中不同端到端接收信噪比、不同中继数量和各认知中继

节点对PU不同检测概率下的中断性能进行了分析。

2系统模型

收稿日期t2010．06—30修订日期：2010-08—25

126电路与系统学报第17卷

考虑认知无线电中继网络由Ⅳ+1个授权用户

周围的认知用户构成，假设其中一个授权用户周

围的一个认知用户作为源节点S(SourcesNode)

要求与其目的节点通信。认知无线电中继网络中

将其余Ⅳ个授权用户周围内的SU进行分簇，成

功感知到授权