专利名称：基于协同中继的认知simo网络接入方法
技术领域：
本发明属于认知无线电技术领域，具体的说是一种新的应用于认知单输入多输出 (Single-Input Multiple-Output，简称SIM0)网络中的基于协同中继的认知无线电接入方式。
背景技术：
认知无线电是目前最热门的无线技术之一，它的出现改变了频谱资源由授权用户独享的频谱使用方式，拥有认知无线电功能的认知用户可以通过对它所工作的无线通信环境进行交互感知，自动地改变自身的发送和接收参数，在保证授权用户(主用户)正常通信的前提下动态地重复使用授权频段，从而可以显著地提高频谱利用率。此外，多天线被公认为未来高速无线数据接入网的必选技术方案之一。多天线通信系统在原有的频域、时域和码域的三维资源的基础上增加了空间维度，通过先进的空时信号处理技术，可以在不增加带宽和发射功率的基础上，成倍地提升无线通信系统的容量，同时还可以增强通信系统抗干扰、抗衰落性能，从而有效地缓解频谱紧张并提供高速业务支持。同样作为提高频谱利用率的有效手段，多天线技术和认知无线电技术的结合具有十分广阔的应用前景。目前认知无线电接入授权频段主要存在两种方式基于“频谱空穴”的机会式频谱接入以及基于“干扰温度”的频谱共享。基于“频谱空穴”的机会式频谱接入在特定的时间特定的地理位置没有被主用户使用的频谱资源称为“频谱空穴”，机会式频谱接入就是利用这些频谱空穴进行通信，它是认知无线电最直接的构想。这种接入方式不需要针对主用户进行发射功率控制，但是要求认知网络具有高精度的频谱检测技术，当主用户网络的通信业务繁忙时，采用机会式频谱接入很难获得通信机会。基于“干扰温度”的频谱共享干扰温度定义在无线设备的接收射频前端，用来度量在某一地理位置某一频带内接收机所接收到的干扰大小，接收机正常通信所能容忍的最大干扰温度称为干扰温度界。只要认知网络可以将自己对主用户接收机的干扰控制在干扰温度界之内，就可以在不影响主用户正常通信的情况下使用授权频段。利用这种接入方式， 认知网络可以和主用户在同一地理位置同时使用相同的授权频段通信，但是必须对认知网络的发射功率进行控制以满足主用户的干扰温度界，因此频谱共享方式无法实现大范围的网络覆盖，而且和主用户网络距离较近时通信性能很差。
发明内容
本发明的目的是针对现有的认知无线电接入授权频段的方式所存在的接入难和通信差的问题，为多天线认知网络的上行链路即认知SIMO网络提供一种新的基于协同中继的接入方案。这种基于协同的接入方式可以和主用户在同一地理位置同时使用相同的授权频谱通信，同时能够实现大范围的网络覆盖，而且在和主用户网络距离较近时可以获得很好的网络吞吐量性能，弥补了现有的认知无线电接入方式的不足。
本发明是通过以下技术方案实现的一种基于协同中继的认知SIMO网络接入方法，认知基站收集网络中的信道响应， 判断认知用户是否能够协同主用户通信以达到主用户所需的目标传输速率，若可以，则认知SIMO网络接入主用户的授权频段；若不可以，则不接入；它包括以下步骤步骤1、主用户发射机广播协同请求信息(Cooperation Request Message，简称 CRM)，认知基站从接收到的CRM中估计主用户发射机到认知基站的M维信道响应矢量hpb， 各认知用户从接收到的CRM中估计主用户发射机到第c个认知用户的信道响应/Γ，c = 1， 2，...，N，同时，认知基站从CRM中获得主用户的目标传输速率I pk，各认知用户将的估计值发送至认知基站；其中M表示认知基站配置的天线数目，N表示认知网络中认知用户的数目；步骤2、主用户的接收机对CRM做出响应，回复协同应答信息(Cooperation Acknowledge Message,简称CAM)给主用户发射机，各认知用户根据接收到的CAM估计其到主用户接收机的信道响应W c = 1，2，. . .，N ；步骤3、认知基站判断认知SIMO网络是否有能力协同主用户通信以达到主用户的目标传输速率首先，认知基站判断自己和各认知用户是否能够成功译码主用户数据(a)、如果认知基站所获得的数据速率大于主用户的目标传输速率，即条件
权利要求
1.一种基于协同中继的认知SIMO网络接入方法，其特征在于认知基站收集网络中的信道响应，判断认知用户是否能够协同主用户通信以达到主用户所需的目标传输速率，若可以，则认知SIMO网络接入主用户的授权频段；若不可以，则不接入；它包括以下步骤步骤1、主用户发射机广播协同请求信息CRM，认知基站从接收到的CRM中估计主用户发射机到认知基站的M维信道响应矢量hpb，各认知用户从接收到的CRM中估计主用户发射机到第c个认知用户的信道响应/Γ，c = 1，2，...，N，同时，认知基站从CRM中获得主用户的目标传输速率1^，各认知用户将Af的估计值发送至认知基站；其中M表示认知基站配置的天线数目，N表示认知网络中认知用户的数目； 步骤2、主用户的接收机对CRM做出响应，回复协同应答信息CAM给主用户发射机，各认知用户根据接收到的CAM估计其到主用户接收机的信道响应/f, c = 1，2，...，N，并将/f估计值发送至认知基站；步骤3、认知基站判断认知SIMO网络是否有能力协同主用户通信以达到主用户的目标传输速率首先，认知基站判断自己和各认知用户是否能够成功译码主用户数据；(a)、如果认知基站所获得的数据速率大于主用户的目标传输速率，即条件
2.根据权利要求1所述的基于协同中继的认知SIMO网络接入方法，其特征是所述的认知基站向主用户发送协同确认信息CCM后，包括两个步骤步骤1、认知基站和各认知用户接收主用户数据主用户发射机和接收机接收到了 CCM 后，开始进行数据发送，认知网络保持静默，接收主用户数据信息，认知基站和集合U1中的认知用户对主用户数据进行译码；步骤2、认知用户发送自身数据，同时中继主用户数据认知SIMO网络接收完主用户数据后，集合U1中的认知用户使用自己的部分发射功率发送自己的数据给认知基站，剩余部分功率转发主用户数据给主用户接收机以满足主用户的目标传输速率；集合队中的认知用户不转发主用户数据，使用全部发射功率发送自己的数据给认知基站；认知基站从接收到的混合信号中消除主用户数据的干扰，干扰消除后，对接收到的每一个认知用户的数据进行波束形成。
全文摘要
一种基于协同中继的认知SIMO网络接入方法，认知基站收集网络中的信道响应，判断认知用户是否能够协同主用户通信以达到主用户所需的目标传输速率，若可以，则认知SIMO网络接入主用户的授权频段；若不可以，则不接入。这种接入方式可以在保证主用户目标传输速率的前提下，使多个认知用户在同一地理位置和主用户同时使用相同的授权频谱进行通信，从而尽可能地提高了频谱利用率。由于这种接入方式是基于协同通信的，认知网络和主用户网络距离越近，其所能达到的网络吞吐量越大，而且可以实现大范围的网络覆盖，弥补了现有认知无线电接入方式的不足。
文档编号H04B7/04GK102355738SQ201110178680
公开日2012年2月15日 申请日期2011年6月29日 优先权日2011年6月29日
发明者吴启晖, 张玉明, 杨旸, 王金龙 申请人:中国人民解放军理工大学