认知无线电网络下基于协同ARQ反馈频谱共享策略

为了提高认知无线电网络的性能，在认知无线电网络下提出了一种频谱共享策略，在这种策略下次级用户可以在基于自动重发请求(ARQ)反馈信息的情况下与主用户共存，提出了协同与接入频谱共享模式，次级系统能够在协同与接入两种模式下交互，在协同模式下，次级用户辅助主用户传输，降低了主用户的冗余传输，建立了主次用户传输状态的马尔科夫链，推导出了稳态下的系统吞吐量表达式。接入模式下，当主用户返回了一个否定应答(NACK)时，主用户要进行重传，在重传时期实现了主次用户的同时传输，次级用户获得了频谱接入机会，分析了接入模式下的吞吐量增益。利用MATLAB软件对系统吞吐量性能进行了数值对比验证，结果表明在共享策略下系统吞吐量更高。

随着数据网络和信息技术的不断发展，尤其是移动通信设备的能量和频谱资源需求指数的增长，使得频谱的使用愈加紧张，同时频谱的使用策略显示在任意时空域有大量的授权频谱空闲。因此，出现了许多的频谱共享协议和模型[1]。

认知无线网络迅速发展成为了一种新兴的技术被用来解决频谱短缺问题， 认知无线网络可以根据实时环境调整无线特性，实现频谱的有效利用。在认知无线电网络中，通常定义主用户为授权频谱，主用户一般具有频谱优先使用权，次级用户为非授权频谱，当主用户空闲时，次级用户接入频谱传输，但次级用户也可以与主用户共享频谱[2]。在认知无线电中经典的使用频谱的方法是基于频谱感知，次级用户检测频谱空洞然后接入空闲频带。但在下垫式频谱共享模式下，主用户和次级用户可以同时使用频谱。目前在认知无线电中主要的频谱共享模式有三种：交织式，覆盖式和下垫式。

在传统的频谱感知模型中[3]，次级用户持续性地感知主信道的传输，一旦感知到频谱“空穴”则传输自己的数据，同时避免对于主用户的干扰。然而，这种传统的机制会引起主用户的误检和冲突，从而造成频谱资源浪费。基于此，对于次级用户与主用户共存的频谱共享模型被提出[4] [5]，但是要保证主用户的性能不受影响，即保证次级用户对于主用户的干扰阈值低于一定阈值，这就需要准确地估计信道状态信息，而实际上获取信道状态信息是难的。在协同模式下[6]，次级用户充当主用户传输的中继，辅助主用户传输，次级传输通过将次级信号叠加在主用户信号上进行传输，但这样对于次级用户的传输可靠性没有保障。因此，许多机制通过利用主系统ARQ (自动重发请求)过程中的ACK/NACK (肯定/否定应答)反馈来实现频谱共享， 通过侦听系统中的ARQ 控制信号， 认知无线电可以间接地获取信道状态信息和对于