Misdetection概率的影响在Cooperative-Relaying-Based认知无线电系统的性能

文摘

认知无线电(CR)是一种很有前途的解决方案来解决越来越拥挤的无线电频谱。合作继电保护可以为二级用户提供一个更好的传输性能(苏),而性能的主要用户(PU,也叫授权用户)应该优先保护特别是当misdetection概率。在本文中,为了保持PU远离停机造成的干扰在一定信噪比下的从苏(信噪比)的最大信噪比苏可以利用速度衰减因子(RDF)。然后,基于最大信道增益和最大信噪比,中断概率分析使用再生(DF)传送和amplify-and-forward (AF)继电保护方案。数值结果表明,该故障概率增加功率分配因子时减少DF策略,而中断概率错误地板当功率分配因子增加房颤的策略。和继电保护方案的最大信道增益优于基于最大信噪比,当功率分配因子和探测概率很小,而继电保护方案基于最大信噪比优于基于最大信道增益功率分配因子时大。更重要的是,房颤继电保护在实际实现更好的中断性能。

1。介绍

在CR系统,SUs分享PU乐队。因此,这是一个巨大的挑战对CR系统保护聚氨酯信号远离苏造成的干扰信号(1]。如何处理造成的干扰是misdetection概率CR传感时期是一个关键问题。换句话说,一方面,苏传播应该改进的性能;另一方面,应保证聚氨酯的传输质量。这需要合作传达完美的感知能力。在[2)理想的感知结果是假定在聚氨酯的乐队,和SUs只能相互通信通过现有常见的乐队当他们不是被脓。因此,将没有直接的通信链路,可以执行,如果没有共同的乐队。合作的概念传达已经纳入认知无线电系统时没有直接传输两个认知用户之间的联系。合作传播可以维护苏的平均吞吐量。原因是合作转发节点提供额外的空间和光谱多样性提高传输性能的源和目的地之间的(3]。

合作继电器有两个主要策略:DF传送和AF传送。合作交流是一种有效的策略,克服了大多数局限在无线通信系统4,5]。使用合作,用户需要更少的总功率达到一定吞吐量(4]。DF传送使用继电器来解调和解码信号从源传输之前reencoding和电源的目的地。

相关工作。在[6),封闭的解DF传送中断概率的统计源之间的通道时,继电器、和目标被假定是独立同分布,提出了在一个精确的中断概率的闭合表达式DF传送独立但不恒等分布的不同瑞利衰落信道在[派生7]。低成本战略,房颤传送提高蜂窝网络的覆盖范围和容量,特别是在地区与信号跟踪8]。中断概率是绩效评估的标准合作转发。AF传送使用变量的故障概率获得节点准确计算(9,10]。变量获得继电器是一种常见的AF策略补偿信号衰落的瞬时信道状态信息(CSI)。固定中继是另一个策略分析(11),而不需要固定的瞬时CSI继电器与变量获得继电器。

DF传送的容量定理和房颤继电保护提出了(12]。文献[13房颤的性能进行了对比和分析,DF,选择DF和增量AF的策略。最优资源分配是高斯平行研究衰落中继信道下全双工和半双工在源节点和中继节点受到单独的力量约束(14]。功率分配是研究由三节点组成的CR后网络合作继电器直接dual-hop,继电器渠道研究获得最佳吞吐量(15]。在[16),在瑞利瞬时信道增益的情况下指数分布和可用,最优中断概率是通过使用功率分配在源节点并选择节点。在[17],作者推导出最优功率分配方案使用选择amplify-and-forward (S-AF)中继节点的能力最大化与已知的完整的CSI瑞利衰落信道和信道统计信息。DF传递的中断概率和AF传送不同的权力分配的因素进行了分析18),(19]分析了DF传递的中断概率和房颤传送使用信道增益和信噪比(信噪比)与不同时间分配的因素。然而misdetection的影响(一个是案件PU占据了乐队和检测是忙,另一个是案件PU占据了乐队,但发现是免费的;第二次上腹部可导致光谱传感干涉PU)概率在数据传输期间没有讨论。

在本文中,我们提出率衰减因子(RDF)的概念。使用RDF, SUs最大信噪比派生PU传输链接没有中断的前提下正确的脓信噪比。然后,使用最大信道增益和最大信噪比计划,我们分析和计算的故障概率DF传送和AF转发中继节点下的最大SUs信噪比与不同功率分配的因素。

2。系统模型

频谱感知的失败导致苏信号干扰聚氨酯在一定的光谱带。如图1聚氨酯的信号由苏的截断信号当乐队占领但检测是免费的。苏的信号聚氨酯是一样的:一个是苏的基站中继节点,另一个是。苏的信号由聚氨酯的截断信号当乐队占领但检测是免费的。苏和PU可能互相干扰,当乐队误测。代表了PU直播链接;和代表苏造成的干扰与聚氨酯的信号。另一方面,PU的苏可能干扰信号,当它开始利用聚氨酯的谱带在聚氨酯实际上是忙碌却发现是免费的;代表了苏直播链接,和代表苏的转发链接,和代表了干扰造成的苏PU的链接。此外,我们假设系统是一个全双工系统。

2.1。再生中继策略

对DF策略,有检测到的PU (检测到:PU缺席和缺席;聚氨酯是忙,发现是繁忙或误测;聚氨酯缺席,但发现很忙;聚氨酯是繁忙的但不在检测)。收到PU信号可以分为两种情况:一是案件PU占据了乐队和检测到很忙;因此噪声信道噪声;的其他情况PU占据了乐队,但发现是免费的;因此,噪声不仅包括信道噪声也是苏信号。考虑这两种情况下,聚氨酯的接收信号()可以表示为 在哪里聚氨酯的发射功率,是苏总传输功率包含源节点和中继节点的力量,是聚氨酯传输信号,是苏传输信号,我们假设,平均信道增益的PU链接,和是干扰的信道平均收益与聚氨酯,是聚氨酯的噪音,是在光谱遥感探测概率时期,是misdetection概率。

接收到的信号包含两个主要部分。第一部分是传输信号从苏当PU信号不在,实际上是检测是免费的();噪声信道噪声。第二部分包含不仅信道噪声,而且当聚氨酯PU信号信号存在但检测是免费的()。考虑到所有情况;接收到的信号直接联系的SU ()可以表示为 在哪里的瞬时信道增益是苏直接联系,平均信道增益的干扰与苏,是苏基站(BS)功率分配因子,然后呢苏是噪音。

当执行多次反射传递的接收信号th节点()是 在哪里是瞬时信道增益的中继链路苏BS-to-relay节点,平均信道增益值的干扰与苏,然后呢接收机噪声。

接收到的信号的传送链接SU ()是 在哪里是瞬时信道增益的中继链路中继节点到苏和吗苏是继电器的信道噪声。

2.2。Amplify-and-Forward中继转发策略

为房颤的策略,引入的信道噪声继电器的接收器不是考虑简单;在检测到的PU ()或误测(),它实际上是礼物,PU的接收信号()可以表示为 在哪里AF继电保护的继电器规模。的接收信号继电器的th继电器节点链接是一样的(2)。

苏收到信号的中继链路状态检测到的光谱波段和房颤策略可以表示为误测

方案选择节点。(1)的最大信道增益方案:最大信道增益选择节点的中继节点通过比较接收到的信号;当最大信道增益大于直接联系通道增益,选择中继链路传输信号;否则直接联系被选中。

(2)最大信噪比方案:选择最大信噪比节点的中继节点通过比较接收到的信号;当信噪比最大信噪比大于直接联系,选择中继链路传输信号;否则直接联系被选中。

本文的其余部分组织如下。系统模型和中继节点选择方案提出了部分2。节3,SUs的最大信噪比派生通过RDF让脓远离中断的前提下一定脓的信噪比;然后DF传递的中断概率和房颤传送基于所选择的中继节点使用最大信道增益和最大信噪比与不同功率分配的因素进行了分析。节4,数值结果进行了讨论。节5我们得出结论。

3所示。系统分析

3.1。再生中继

3.1.1。马克斯通道增益

的平均信噪比PU当使用DF策略可以写成 我们考虑,,,加性高斯白噪声(AWGN)和零均值和方差,在那里表示期待。是聚氨酯的信噪比下检测的概率可以写成 是苏信噪比,是聚氨酯misdetection概率下信噪比可以写成

标准保持PU远离干扰(平均信噪比考虑PU干扰信号)。最大传输速率将会改变,如果信噪比变化;因此我们提出了速度衰减因子的概念(RDF)和RDF定义如下: 在哪里是没有苏干扰和最大传输速率最大传输考虑到苏干扰。PU最大传输速率会减少由于苏的干扰信号。

定义RDF值DF策略: 然后苏的最大信噪比可以使用(7),(10)和(11), 在哪里。对于房颤策略,可以被定义为RDF的价值

然后苏最大信噪比 在哪里。我们假设通道是一个复杂的高斯通道。,,遵循正态分布,作为标志,,,在那里意味着高斯分布。因此,,,。

苏直接联系的信噪比 信噪比的概率密度函数(PDF)直接联系的DF策略推导在附录: 在哪里和。

苏BS-to-relaying节点的信噪比链接DF策略

的信噪比继电器node-to-SU DF的策略 的信噪比PDF继电器node-to-SU链接DF策略推导在附录: 在哪里,,,。苏的中断概率使用DF的最大信道增益策略 和选择的概率最大的渠道获得节点 在哪里时情况的概率th节点通道增益小于最大信道增益。

3.1.2。最大信噪比

直接联系的信噪比PDF使用最大信噪比方案是一样的(16)。继电器的信噪比PDF node-to-SU是一样的(19)。苏BS-to-relay节点的信噪比PDF 在哪里和。苏用最大信噪比的故障概率DF策略 选择最大信噪比继电器节点概率在哪里吗

3.2。Amplify-and-Forward传送

3.2.1之上。马克斯通道增益

SU信噪比直接联系的AF策略可以写成 和信噪比PDF AF策略是直接联系的 在哪里和。苏BS-to-relay节点的信噪比

选择继电器node-to-SU的信噪比

然后选择继电器的信噪比PDF node-to-SU 在哪里,,,。苏使用的中断概率最大信道增益AF策略是一样的(20.);选择的概率最大的渠道获得中继节点

3.2.2。最大信噪比

直接联系的信噪比PDF使用最大信噪比方案是一样的(26)。选择的信噪比PDF node-to-SU使用最大信噪比方案是一样的(29日)。苏BS-to-relay节点的信噪比PDF用最大信噪比方案 在哪里和。苏用最大信噪比的故障概率AF策略是一样的(23)。

4所示。仿真和性能分析

在本节中,数值模拟执行使用中断概率的分析是在前一节中获得的。我们假设bps / Hz和中继节点,平均信道增益值,在那里每个链接的通道距离,是通过损失指数(假设)。我们还假设,,,,,,,,,。模拟,我们假设的分布的噪声部分收到PU或SU信号是高斯。

图2显示了苏中断概率和功率分配的因素与不同的PU值信噪比时检测概率设置为0.9。一看到苏中断概率减少当PU增加信噪比和功率分配因子增加。

图3显示了苏中断概率和探测概率和苏BS权力分配的因素聚氨酯信噪比设置的时候出现dB。一看到苏中断概率降低,当探测概率增加和苏BS功率分配因子增加。

图4显示了苏中断概率和功率分配的因素与不同的PU值信噪比时检测概率设置为0.9。一发现,苏中断概率降低当PU增加信噪比和探测概率增加。相比之下,图2,使用最大信道增益是更好的性能比使用最大信噪比当苏BS功率分配的因素,而更糟糕的是当苏BS功率分配的因素。

图5显示了苏中断概率和探测概率和功率分配因子聚氨酯信噪比设置的时候出现dB。一看到苏中断概率降低,当探测概率增加和苏BS功率分配因子增加。相比之下,图3,使用最大信道增益是更好的性能比使用最大信噪比时检测概率,而更糟的是当检测概率。使用最大信道增益是更好的性能比使用最大信噪比当苏BS功率分配的因素,而更糟糕的是当苏BS功率分配的因素。

图6显示了苏中断概率和功率分配的因素与不同的PU值信噪比时检测概率设置为0.9。当dB,苏中断概率降低而BS功率分配因子增加。当苏功率分配的因素苏中断概率减少。苏苏中断概率增加,当功率分配的因素和聚氨酯信噪比dB。另一方面,PU信噪比越大越小苏BS功率分配因子对应的最小故障概率。

图7显示了苏中断概率和探测概率和功率分配因子当聚氨酯信噪比dB。在图7,一看到苏中断概率降低,当探测概率增加;也指出,苏中断概率可以达到一个错误地板当苏BS功率分配因子变化与不同的探测概率。此外,检测概率越大,越小苏BS功率分配因子对应的最小故障概率。

图8显示了苏中断概率和功率分配的因素与不同的PU值信噪比时检测概率设置为0.9。会发现,苏中断概率减少当BS功率分配因子增加,苏功率分配的因素,而苏苏功率分配因子时中断概率增加和聚氨酯信噪比dB。另一方面,PU信噪比越大,越小苏BS功率分配因子对应的最小中断概率。相比之下,图6,使用最大信道增益是更好的性能比使用最大信噪比当苏BS功率分配的因素,而更糟糕的是当苏BS功率分配的因素。

图9显示了苏中断概率和探测概率和功率分配因子聚氨酯信噪比设置的时候出现dB。会发现,苏中断概率可以达到一个错误地板当苏BS功率分配因子变化与不同的探测概率。更重要的是,检测概率越大,越小苏BS功率分配因子对应的最小中断概率。否则,相比之下,图7的性能使用最大信道增益比,使用最大信噪比时检测概率,而更糟的是当检测概率。使用最大信道增益是更好的性能比使用最大信噪比当苏BS功率分配的因素,而更糟糕的是当苏BS功率分配的因素。

图10显示了苏中断概率和探测概率、最大信道增益、最大信噪比和功率分配的因素聚氨酯信噪比设置的时候出现dB。当的中断概率最大信道增益比最大信噪比;当的中断概率最大信道增益比最大信噪比的情况下;当的中断概率最大信道增益比最大信噪比。当中断概率是交叉的;当中断概率是交叉的;当中断概率是交叉的。所以最大信道增益比最大信噪比当苏BS功率分配系数小;相反,它更糟糕的是当苏BS功率分配系数大。

图11显示了苏中断概率和探测概率PD,房颤,DF和权力分配的因素聚氨酯信噪比设置的时候出现dB。当,房颤比DF的中断概率;当房颤的中断概率几乎是等于DF的情况和房颤比DF的中断概率;当,房颤的中断概率比DF的情况。因此只有当苏BS功率分配系数小和探测概率大DF可以比房颤;相反,它是不同的。

5。结论

在DF传送,中断概率减少当功率分配因子增加。在房颤传送,中断概率可以达到一个最小值在适当的功率分配因子和正确的检测概率。此外,聚氨酯信噪比和探测概率越大,越小苏基站功率分配因子对应的最低需要中断概率。检测概率越大,越小苏基站功率分配因子的中断概率最小值对应的需要。此外,继电保护方案基于最大信道增益具有更好的性能基于最大信噪比,当功率分配因子和探测概率很小,而继电保护方案基于最大信噪比有更好的性能基于最大信道增益功率分配因子时大。与DF传送相比,房颤传送放大传输信号;因此,更重要的是,只有当苏BS功率分配因子很小,探测概率大DF的中断性能可以比房颤;否则停机AF比DF的性能。

附录

指数分布,如果,,。

考虑:

考虑:

考虑:

考虑:

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。