专利名称：认知无线电通信系统中的多用户接纳控制方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，更为具体地，涉及一种用于在认知无线电通信系统的上行链路中进行多用户接纳控制的方法及系统。
背景技术：
随着无线通信需求的不断增长，对无线通信技术支持的数据传输速率的要求越来越高。根据香农信息理论，这些通信系统对无线频谱资源的需求也相应增长，从而导致适用于无线通信的频谱资源变得日益紧张，成为制约无线通信发展的新瓶颈。另外，根据现有的无线通信系统的频谱管理方式，部分频谱资源被固定地分配给一部分用户(即，授权用户)，然而这部分用户可能长期不使用，从而导致该部分频谱资源的利用率不高。在这种情况下，已经分配给现有很多无线系统的频谱资源在时间和空间上存在不同程度的闲置。为了解决上述问题，人们提出了认知无线电(CR)技术。认知无线电也被称为智能无线电。从广义上来说，认知无线电是指无线终端具备足够的智能或者认知能力，通过对周围无线环境的历史和当前状况进行检测、分析、学习、推理和规划，利用相应结果调整自己的传输参数，从而使用最适合的无线资源(包括频率、调制方式、发射功率等)完成无线传输。在这种情况下，具有认知功能的无线通信设备(即，认知用户)可以基于某些授权频谱利用率不高的状况，在保证授权用户的QoS不受影响的情况下工作在已授权的频段内，从而最大程度提高频谱的利用率，解决频谱资源匮乏问题。这里，授权用户的QoS是指授权用户的数据速率和中断概率，由此可以通过授权用户的目标数据速率和中断概率导出授权用户的干扰温度(即，可以容忍的最大干扰Im)。所谓授权用户的QoS不受影响是指允许接入的认知用户对该授权用户的总干扰不超过该授权用户的干扰温度。当前，认知无线电技术已经得到了各界的关注，很多著名学者和机构都投入到认知无线电相关技术的研究中，启动了很多针对认知无线电的重要研究项目。例如德国高校提出的频谱池系统、美国加州大学Berkeley分校研究组开发的COVUS系统、美国Georgia 理工学院宽带和无线网络实验室提出的OCRA项目，美国军方DARPA的XG项目、欧盟的E2R 项目等。在这些项目的推动下，在基本理论、频谱感知、数据传输、网络架构和协议等领域取得了一些成果。IEEE为此专门组织了两个重要的国际年会交流这方面的成果。目前，最引人关注的是IEEE802. 22工作组的工作，该工作组正在制订利用空闲电视频段进行宽带无线接入的技术标准，这是第一个引入认知无线电概念的IEEE技术标准化活动。此外，认知无线电也被逐步引入到现有无线通信系统中，特别是在应用MIMO技术的无线通信系统中引入认知无线电，从而在有限的频谱资源上获得更高的信息速率。在下文中，将引入认知无线电技术且采用MIMO技术的无线通信系统称为认知无线电通信系统。在采用了 MIMO结构的认知无线电通信系统中，认知基站配备有多根天线，以及认知用户配备有一根或多根天线，从而可以允许多个认知用户同时接入到认知基站，由此所接入的认知用户和认知基站将形成虚拟ΜΙΜΟ。按照这种方式，可以大幅度的提高信道容量。为了叙述简单，考虑认知基站配备多根天线，而认知用户只有一根天线的场景(即使认知用户有多根天线，为了省电和设备简化也希望用信道特性较好的天线发送数据)。在这种场景下，多个认知用户之间的干扰由基站来消除，而认知用户不需要做额外的工作。为了最大化系统吞吐量，假设认知基站配备M根天线，在这种情况下，最多可以有M个认知用户同时接入到该认知基站。然而，在将认知无线电技术引入到现有无线通信系统时在许多方面存在许多问题，特别是针对认知无线电通信系统中的多用户接纳控制。在传统的无线通信系统的接纳控制方法中，通常都是将无线通信资源(例如，频率资源)固定地分配给一部分用户(即， 授权用户)使用，基站在这段固定的频率资源上进行接纳控制。在这种接纳控制方法中，不需要考虑对授权用户的干扰以及该授权用户的干扰限制。很显然，由于在认知无线电通信系统中，被允许接纳的认知用户使用的是分配给授权用户的频率，所以如果认知用户被接纳，则该认知用户会对授权用户造成干扰。在这种情况下，如果对认知用户进行接纳控制的接纳控制方法不考虑对授权用户的干扰以及该授权用户的干扰限制，则会对授权用户的通信造成干扰，从而影响授权用户的正常通信，并且还会造成授权用户的通信中断概率增加。因此，需要一种适合于在认知无线电通信系统的上行链路中进行多用户接纳控制的方法。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种适合于在认知无线电通信系统的上行链路中进行多用户接纳控制的方法，该方法利用一个或多个认知用户的信道衰落特性以及该一个或多个认知用户在授权用户的授权频段下对该授权用户的干扰信道增益，对所述一个或多个认知用户进行接纳控制，从而使得认知用户能够高效地使用授权频段进行通信， 而不影响授权用户的正常通信。此外，由于根据本发明的接纳控制方法不需要迭代计算过程，从而使得接纳控制相对简单和快速，从而满足认知无线电的高度灵活性和实时性的要求。根据本发明的一个方面，提供了一种用于在认知无线电通信系统的上行链路中进行多用户接纳控制的方法，所述认知无线电通信系统包括认知基站、一个或多个认知用户以及授权用户，所述方法由所述认知基站执行，并且包括接收来自所述一个或多个认知用户的接入请求消息；在接收到所述接入请求消息后，获取用于表示可使用的授权频段的频段信息以及使用该授权频段的授权用户的用户信息，所述用户信息至少包括该授权用户的导频信息；将所获取的频段信息以及授权用户的用户信息发送给所述一个或多个认知用户；基于从所述一个或多个认知用户上报的对该授权用户的干扰信道增益以及所述一个或多个认知用户在该授权频段上的信道衰落特性，对所述一个或多个认知用户进行接纳控制，所述干扰信道增益是所述一个或多个认知用户根据从所述认知基站接收的频段信息以及授权用户的导频信息获得的，所述信道衰落特性是基于所述一个或多个认知用户的导频信息获得的。此外，在一个或多个实施例中，在基于所述一个或多个认知用户对授权用户的干扰信道增益以及信道衰落特性，对所述一个或多个认知用户进行接纳控制时，所述方法还可以包括计算以该一个或多个认知用户的信道衰落特性的特征值λ k为自变量的递增函数g(Xk)与以所述一个或多个认知用户对授权用户的干扰信道增益hk,p为自变量的递增函数f (hk, p)的比值& = g ( λ k) /f (hk, p)，其中hk, p表示第k个认知用户对授权用户的干扰信道增益，以及Xk表示第k个认知用户在该授权频段下的与认知基站间的信道衰落特性；以及按照比值&的降序排列，从所述一个或多个认知用户中选择所述认知基站允许接入的用户数目个认知用户，作为被允许接入的认知用户。优选地，gUk) = Ak2以及f(hk,p) =hk,此外，在一个或多个实施例中，在对所述一个或多个认知用户进行接纳控制时，还基于认知用户的调度次数。优选地，在基于所述一个或多个认知用户对授权用户的干扰信道增益以及信道衰落特性，对所述一个或多个认知用户进行接纳控制时，所述方法包括 计算以该一个或多个认知用户的信道衰落特性的特征值Xk为自变量的递增函数g(
与以所述一个或多个认知用户对授权用户的干扰信道增益hk,p为自变量的递增函数f (hk, p)和以该认知用户的调度次数nk为自变量的线性函数s (nk)的比值& = g ( λ k) / (f (hk, p) ^( )),其中hk,p表示第k个认知用户对授权用户的干扰信道增益，以及Xk表示第k个认知用户在该授权频段下的与认知基站间的信道衰落特性；以及按照比值&的降序排列， 从所述一个或多个认知用户中选择所述认知基站允许接入的用户数目个认知用户，作为被允许接入的认知用户。此外，在一个或多个实施例中，在对所述一个或多个认知用户进行接纳控制后，所述方法还包括基于所述被允许接入的认知用户对授权用户的干扰信道增益、所述被允许接入的认知用户的信道衰落特性的特征值和授权用户的干扰温度，确定所述被允许接入的各个认知用户的发射功率，其中，所述被允许接入的各个认知用户的发射功率被确定为使得所述被允许接入的所有认知用户的和速率最大。此外，所述授权用户的干扰温度Im可以基于授权用户的接收信号功率、噪声功率以及授权用户的数据速率和中断概率确定。此外，在一个或多个实施例中，所述被允许接入的各个认知用户的发射功率是利用下述等式(1)和等式( 确定的
权利要求
1.一种用于在认知无线电通信系统的上行链路中进行多用户接纳控制的方法，所述认知无线电通信系统包括认知基站、一个或多个认知用户以及授权用户，所述方法由所述认知基站执行，并且包括接收来自所述一个或多个认知用户的接入请求消息；在接收到所述接入请求消息后，获取用于表示可使用的授权频段的频段信息以及使用该授权频段的授权用户的用户信息，所述用户信息至少包括该授权用户的导频信息；将所获取的频段信息以及授权用户的用户信息发送给所述一个或多个认知用户；基于从所述一个或多个认知用户上报的对该授权用户的干扰信道增益以及所述一个或多个认知用户在该授权频段上的信道衰落特性，对所述一个或多个认知用户进行接纳控制，所述干扰信道增益是所述一个或多个认知用户根据从所述认知基站接收的频段信息以及授权用户的导频信息获得的，所述信道衰落特性是基于所述一个或多个认知用户的导频信息获得的。
2.如权利要求1所述的方法，其中，基于所述一个或多个认知用户对授权用户的干扰信道增益以及信道衰落特性，对所述一个或多个认知用户进行接纳控制的步骤包括计算以该一个或多个认知用户的信道衰落特性的特征值Xk为自变量的递增函数 g(Ak)与以所述一个或多个认知用户对授权用户的干扰信道增益hk,p为自变量的递增函数 f (hk, p)的比值& = g ( λ k) /f (hk, p)，其中hk, p表示第k个认知用户对授权用户的干扰信道增益，以及Xk表示第k个认知用户在该授权频段下的与认知基站间的信道衰落特性；以及按照比值&的降序排列，从所述一个或多个认知用户中选择所述认知基站允许接入的用户数目个认知用户，作为被允许接入的认知用户。
3.如权利要求1所述的方法，其中，在对所述一个或多个认知用户进行接纳控制时，还基于认知用户的调度次数。
4.如权利要求3所述的方法，基于所述一个或多个认知用户对授权用户的干扰信道增益以及信道衰落特性的特征值，对所述一个或多个认知用户进行接纳控制的步骤包括计算以该一个或多个认知用户的信道衰落特性的特征值Xk为自变量的递增函数 g(Ak)与以所述一个或多个认知用户对授权用户的干扰信道增益hk,p为自变量的递增函数f(hk,p)和以该认知用户的调度次数nk为自变量的线性函数S(rik)的比值& = 8(入1;)/ (f(hk,p) ^( )),其中hk,p表示第k个认知用户对授权用户的干扰信道增益，以及Xk表示第k个认知用户在该授权频段下的与认知基站间的信道衰落特性；以及按照比值&的降序排列，从所述一个或多个认知用户中选择所述认知基站允许接入的用户数目个认知用户，作为被允许接入的认知用户。
5.如权利要求1到4中任何一个所述的方法，其中，在对所述一个或多个认知用户进行接纳控制后，所述方法还包括基于所述被允许接入的认知用户对授权用户的干扰信道增益、所述被允许接入的认知用户的信道衰落特性的特征值和授权用户的干扰温度，确定所述被允许接入的各个认知用户的发射功率，其中，所述被允许接入的各个认知用户的发射功率被确定为使得所述被允许接入的所有认知用户的和速率最大。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述被允许接入的各个认知用户的发射功率是利用下述等式(1)和等式( 确定的
7.一种认知基站，包括接收单元，用于接收来自所述一个或多个认知用户的接入请求消息，以及接收所述一个或多个认知用户上报的各个认知用户对该授权用户的干扰信道增益；获取单元，用于在接收到所述接入请求消息后，获取用于表示可使用的授权频段的频段信息以及使用该授权频段的授权用户的用户信息，所述用户信息至少包括该授权用户的导频信息；发送单元，用于将所获取的频段信息以及授权用户的用户信息发送给所述一个或多个认知用户；接纳控制单元，用于基于从所述一个或多个认知用户上报的对该授权用户的干扰信道增益以及所述一个或多个认知用户在该授权频段上的信道衰落特性，对所述一个或多个认知用户进行接纳控制，所述干扰信道增益是所述一个或多个认知用户根据从所述认知基站接收的频段信息以及授权用户的导频信息获得的，所述信道衰落特性是基于所述一个或多个认知用户的导频信息获得的。
8.如权利要求7所述的认知基站，其中，所述接纳控制单元包括计算单元，用于计算以该一个或多个认知用户的信道衰落特性的特征值入&为自变量的递增函数g( Xk)与以所述一个或多个认知用户对授权用户的干扰信道增益自变量的递增函数f (hk,p)的比值& = g ( λ k) /f (hk,p)，其中hk,p表示第k个认知用户对授权用户的干扰信道增益，以及λ k表示第k个认知用户在该授权频段下的与认知基站间的信道衰落特性；以及选择单元，用于按照比值Rk的降序排列，从所述一个或多个认知用户中选择所述认知基站允许接入的用户数目个认知用户，作为被允许接入的认知用户。
9.如权利要求8所述的认知基站，其中，在对所述一个或多个认知用户进行接纳控制时，所述接纳控制单元还基于认知用户的调度次数nk，并且所述计算单元计算以该一个或多个认知用户的信道衰落特性的特征值Xk为自变量的递增函数g( Xk)与以所述一个或多个认知用户对授权用户的干扰信道增益hk,p为自变量的递增函数f(hk,p)和以该认知用户的调度次数nk为自变量的线性函数S(rik)的比值& = g“k)/(f(hk,p) · s(rik))。
10.如权利要求8到9中任何一个所述的认知基站，还包括发射功率确定单元，用于基于所述被允许接入的认知用户对授权用户的干扰信道增益、所述被允许接入的认知用户的信道衰落特性的特征值和授权用户的干扰温度，确定所述被允许接入的各个认知用户的发射功率，其中，所述被允许接入的各个认知用户的发射功率被确定为使得所述被允许接入的所有认知用户的和速率最大。
11.如权利要求10所述的认知基站，其中，所述被允许接入的各个认知用户的发射功率是利用下述等式(1)和等式( 确定的 1 Nn全文摘要
本发明提供一种用于在认知无线电通信系统的上行链路中进行多用户接纳控制的方法，包括认知基站接收来自所述一个或多个认知用户的接入请求消息；获取可用频段的频段信息以及使用该授权频段的授权用户的用户信息，所述用户信息至少包括该授权用户的导频信息；将所获取的频段信息以及授权用户的用户信息发送给所述一个或多个认知用户；基于从所述一个或多个认知用户上报的干扰信道增益以及在该授权频段上的信道衰落特性，对所述一个或多个认知用户进行接纳控制。此外，还对接纳控制后的认知用户进行功率控制，从而使得认知用户能够高效地使用授权频段进行通信，而不影响授权用户的正常通信。
文档编号H04W48/08GK102209364SQ20111013312
公开日2011年10月5日 申请日期2011年5月20日 优先权日2011年5月20日
发明者朱凯, 林家儒, 牛凯, 王强, 许文俊, 郭莉 申请人:北京邮电大学