刘阳易凯陈妍
（西安导航技术研究所，陕西 西安 710000）
【摘要】提出了一种基于中继协作的动态频谱共享的算法系统模型与协议内容，分别得出了在该模型下的主用户与认知用户的中断概率闭式解，并且根据主用户中断概率闭式解设计了认知用户子载波比例分配依据；最后通过仿真结果验证了理论分析的正确性和协议的有效性，在该协作频谱共享可以满足认知用户频谱接入的同时，可以有效降低主用户的中断概率，此外，可以看到本文提出的算法有效的避免了主用户性能“溢出”的问题。
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关键词 中继协作；动态频谱共享；算法
0引言
认知无线网络频谱动态高效利用主要研究认知用户根据主用户系统的通信状态，以及在Overlay和Underlay两种方式下，调整其自身的通信参数，以避免对主用户的干扰。文献[1]提出改变认知用户的被动地位，使其以中继协作方式主动参与主用户的通信，通过以自身无线资源中继协作主用户传输，以换取主用户共享其频谱的机会。其本质是认知用户利用中继协作技术带来的分集增益补偿主用户因为共享其频谱可能带来的性能损失。相比起传统的频谱共享机制研究，这种思路使认知用户以酬劳方式与认知用户共享其授权频谱，符合频谱资源的价值特征，为无线频谱动态高效利用提供了一条可行的产业化思路，因此为广大研究人员所关注。
该领域目前的研究主要集中在两个方面：①认知用户以何种无线资源(时隙[1-2]、功率[3]、多天线等)协作主用户；②选择合适的主用户性能标准作为认知用户协作共享频谱算法的参数选择依据。
本文提出了一种基于子载波比例分配的协作式动态频谱共享机制，利用中断概率往往被用来作为衡量协作式频谱共享策略与算法的性能标准，相比已有研究，避免了功率协作[3]下主用户中断概率性能提升的“溢出”。
1基于子载波比例分配的协作式动态频谱共享机制
1.1系统模型与协作式动态频谱共享机制
本文应用场景如下图1所示，主用户由一对源节点发信机(PT)和目的节点接收机(PR)组成，系统工作在主用户授权频谱，并且支持中继协作传输功能。认知用户由一对认知源节点发信机(ST)和认知目的节点接收机(SD)构成。认知系统没有专属的频谱分配，只能够以频谱共享的方式工作在主用户授权频谱，作为主用户共享其授权频谱的代价，认知用户源节点需要作为主用户中继节点，为其协作传输。假设主用户授权频谱被分为单位带宽的N个子载波，并且主用户与认知用户均能够以正交载波复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)的方式工作，用户的传输数据被分为若干比特流，分别在各子载波上传输。
本文采用两周期阶段中继方式，即系统的每个传输周期被分为两个时隙，在第一个时隙，PT在N个子载波上广播主用户信号，该广播信号能够被PR，ST和SD分别收到。若ST能够成功解码，且满足Pr(R2>Rpth)，则在第二个时隙，ST将N个子载波分为两部分，即N=Np+Ns，其中在Np个子载波上，以DF中继方式转发主用户信号至PR节点；并在Ns个子载波上传输自身认知信息。
图3和图4仿真了本文提出的机制在不同PT→ST(d2)距离条件下，主用户与认知用户的中断概率情况。可以看出，在d2=0.5时，PT→ST链路距离较近，可协作条件更好，因此在相同的认知子载波数目下，本文机制的主用户性能能够得到更多的提升，可以使认知用户分到更多的子载波来传输自身性能。
3总结
本文提出了一种基于认知子载波比例分配的协作式动态频谱共享机制。通过认知用户基于子载波方式中继协作主用户传输，在满足了认知用户自身传输的需求的基础上降低了主用户的中断概率，另一方面。仿真结果显示，本文提出的算法不仅在提升主用户性能方面(降低主用户中断概率)优于传统的功率比例方法，而且有效抑制了功率比例方法中的主用户中断概率性能的“溢出”现象。
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参考文献
［１］Simeone O., Stanojev I., Savazzi S., Bar-Ness Y., Spagnolini U., and Pickholtz R.. Spectrum Leasing to Cooperating Secondary Ad Hoc Networks[J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2008,1,26(1):203-214.
［2］Zhang B. L., Chen K., Gou X. R., Cheng S. D..Spectrum leasing via selective cooperation in distributed cognitive radio networks[C]//Proc of 2010 2nd IEEE International Conference on Network Infrastructure and Digital Content (IC-NIDC2010), Beijing, China, Sep.24-26, 2010, pp.16-20.
［３］Yang H., Pandharipande A., and See H. T..Cooperative Decode-and-Forward Relaying for Secondary Spectrum Access[J].IEEE Transactions on Wireless Communications, 2009,10,8(10):4945-4950.
［责任编辑：汤静］