基于公平傳輸下對(duì)認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)的性能分析

郭志民 季越 揚(yáng)州大學(xué)信息工程學(xué)院

認(rèn)知無線電技術(shù)可以再次利用空閑的授權(quán)頻段，提高了無線頻譜的利用率，有效解決無線頻譜資源匱乏的問題，因此學(xué)術(shù)界極大重視這一問題。然而在認(rèn)知無線電系統(tǒng)中，次用戶(Secondary User,SU)的發(fā)送功率不能過大，妨礙到主用戶(Primary User, PU)的傳輸質(zhì)量，這一問題極大的限制了SU的傳輸速率和通信范圍。在認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)，中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，不但可以增加無線傳輸?shù)目臻g分集增益，使頻譜利用率進(jìn)一步改善，還能夠提高SU的傳輸效果，提高傳輸?shù)乃俾屎涂煽啃?，增大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，然而受地理位置和信道衰落等諸多因素的影響，各中繼對(duì)PU造成的干擾也不相同。

系統(tǒng)模型：本系統(tǒng)模型是由一個(gè)主用戶發(fā)送端(PU)、一個(gè)次用戶發(fā)送端(SU)、一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)(R)和N個(gè)授權(quán)用戶目的節(jié)點(diǎn)（D)組成。所有節(jié)點(diǎn)均配備單天線，采用半雙工方式工作。從SUD進(jìn)行的通信，為兩時(shí)間段。在第一時(shí)間段內(nèi)，該SU傳輸信號(hào)到R發(fā)射功率為PS。在R處接收到的信號(hào)的為。是SU→R鏈路的信道系數(shù)，是在R處的加性高斯白噪聲（AWGN）。第二段時(shí)節(jié)點(diǎn)，接收到的信號(hào)被G放大，在D處接收信號(hào)的可以表示為是SU→D鏈路的信道系數(shù)，是在D處的加性高斯白噪聲（AWGN）。假定所有的高斯成分具有零均值和方差。因?yàn)槿我鈨蓚€(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離都會(huì)對(duì)系統(tǒng)的傳輸產(chǎn)生影響，且中繼節(jié)點(diǎn)和用戶節(jié)點(diǎn)之間距離較遠(yuǎn)，即使存在差距也可忽略不計(jì)，所以我們假定所有節(jié)點(diǎn)之間的距離是相等的。

因?yàn)榇渭?jí)用戶與中繼節(jié)點(diǎn)的存在，所以會(huì)對(duì)主用戶產(chǎn)生干擾為了確保主用戶上的QoS規(guī)定，也就是說對(duì)主用戶的累計(jì)干擾不能超過最大容許干擾功率Q，考慮到次用戶和節(jié)點(diǎn)的最大傳輸功率為P，次用戶和中繼節(jié)點(diǎn)的傳輸能力受到嚴(yán)格的控制。

h1和h2分別是干擾鏈路和的信道系數(shù)。所以，在目的節(jié)點(diǎn)處的信噪比( SN R) 為

假設(shè)為整數(shù)值，那目的函數(shù)的累積分布函數(shù)則為

對(duì)于任意的目的節(jié)點(diǎn)，它的累計(jì)分布函數(shù)可以表示為我們通過定義用戶公平函數(shù)，通過這個(gè)函數(shù)來評(píng)價(jià)每個(gè)用戶被選中的概率，然后去掉概率最大的用戶和概率最小的用戶，之后在剩下的用戶中隨機(jī)選擇一名用戶進(jìn)行傳輸，通過這種方法可以盡可能的保證每位用戶都可以獲得理想的傳輸質(zhì)量。

結(jié)束語：本文在瑞利衰落信道下，研究了基于公平傳輸模式下用于評(píng)價(jià)多認(rèn)知中繼網(wǎng)絡(luò)性能的重要指標(biāo)中斷概率。仿真結(jié)果顯示通過這一公平函數(shù)，每位用戶的傳輸質(zhì)量較之前有顯著提升。

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