专利名称：基于认知无线电的信道增益估计方法
技术领域：
本发明属于认知无线电技术领域，具体涉及ー种在认知无线电网络中为了实现主用户与认知用户共存，提高认知用户平均信道容量的信道増益估计方法。
背景技术：
认知无线电(CR, Cognitive Radio)是ー种在未来无线通信领域解决频谱资源稀缺的有效技术。如果认知用户(dJ，Cognitive User)不会对主用户(PU,Primary User)造成干扰或者认知用户对主用户的干扰在主用户可接收的范围内，该技术允许认知用户接入某段已经分配给主用户的频谱，实现频谱共享，从而提高频谱利用率。认知用户可以通过两种方式接入目标频带，一种是机会式频谱接入(OSA,Opportunistic Spectrum Access),另一种是频谱共享(SS, Spectrum Sharing)。在机会式频谱接入方式下,认知用户检测主用户的工作状态，如果主用户处于空闲状态，认知用户会接入目标频带；一旦检测到主用户处于·工作状态，认知用户就会释放目标频帯。因此在机会式频谱接入中，认知用户实际上利用了主用户在目标频带上使用空隙，这样认知用户和主用户可以在不是时间或者不同地点使用同一频带；但是在频谱共享方式中，如果认知用户对主用户造成的干扰低于主用户可接收的干扰门限，那么认知用户仍然可以和主用户在同一个地方同时使用目标频帯。因此频谱共享方式相对于机会式接入方式能够利用更多的频谱机会。在频谱共享方式中，信道状态信息(CSI, Channel State Information)是实现认知用户与主用户共存的关键。根据认知用户获得的信道状态信息，认知用户可以在不同限制条件下与主用户共存，从而达到不同的信道容量。图I是ー个典型的认知用户与主用户共存系统模型，这个模型考虑了两个认知用户和两个主用户，其中，PU1和PU2表示两个主用户，CU1和CU2表示两个认知用户，hpp表示两个主用户PU1和PU2之间的信道，h。。表示两个认知用户CU1和CU2之间信道，、表示认知用户CU1到主用户PU2之间的信道，hp。表示主用户PU1到认知用户CU2之间的信道。从信息论的角度出发，在知道所有信道状态信息的情况下，认知用户的发射功率只受限于对主用户的干扰(IC, Interference Control),这时认知用户可以达到最大信道容量。但是在认知无线电系统中信道状态信息的估计是很具有挑战性的，因为在实际认知无线电系统中，主用户不愿意甚至不能够与认知用户进行信息交換。在图I中，尽管认知用户可以直接获得认知信道h。。的信道状态信息，但是获得其它信道状态信息是非常困难的。如果要获得交叉信道hp。的信道状态信息，那么认知用户需要获得主用户的训练序列；如果要获得另外ー个交叉信道h。。的信道状态信息，那么主用户需要获得认知用户的训练序列，而在实际系统中，这些条件显然是不可能满足的，而且对于主用户信道hpp，由于只有主用户才能够对其进行估计，因此如果要获得hpp的信道状态信息，该系统需要建立一条主用户与认知用户之间的反馈链路，主用户将hpp的信道状态信息通过反馈链路反馈给认知用户，如果没有反馈链路，认知用户几乎不可能获得hpp的信道状态信息。可见在认知无线电系统中，对两个交叉信道hp。、hcp,以及主用户信道hpp的估计成为了实现主用户与认知用户共存的瓶颈，其中对主用户信道hpp状态信息的获取最困难。针对上述问题，ー些文献对图2所示模型的三个信道状态信息的估计进行了研究，其中，主用户PU1和PU2分别具有ー根发射接收天线且工作在TDD模式，CU1有ー根发射天线和ー根接收天线。现有的研究方法是基于主动感知学习的原理，在该方法中，主用户工作在闭环功率控制的条件下(在闭环功率控制的作用下，主用户发射端根据接收端反馈的信噪比(SNR，Signal Noise Ratio)变化信息自动调整发射功率，保证接收端能够接收到恒定信噪比的期望信号，从而保证恒定数据率传输，因此该技术被广泛用于当前的认知无线电系统中)，认知用户通过主动向主用户接收端发送干扰信息，降低主用户接收端的信噪比，从而触发主用户的闭环功率控制，最后认知用户根据观测到的主用户发射功率的调整对两个交叉信道hp。或h。。的信道增益进行估计，获得两个交叉信道的増益后，认知用户在进行数据传输时的发射功率受限于主用户所允许的最大干扰功率(ITC，Interference Temperture Control),具体 ロ丁参考又献R. Zhang, on active learningand supervised transmission of spectrum sharing based cognitive radios byexploiting hidden primary radio feedback, IEEE Trans. Commun. vol. 58, no. 1·0, pp. 2960-2970，Oct. 2010 和 I. Bajaj, and Y. Gong, Cross-channel estimation using supervisedprobing and sensing in cognitive radio networks, in Proc. IEEE Int. Conmun. Conf.(ICC), Jun. 2011，pp. 1-5。该方法的存在的问题是在探测过程中，认知用户向主用户发送的干扰信号会暂时降低主用户的通信性能；此外，该探测方法只能估计出交叉信道hp。和h。。的信道増益，即和<，不能估计出主用户信道hpp的信道増益，即。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有信道増益估计方法中认知用户向主用户发送干扰信号会降低主用户通信性能以及不能估计出主用户信道増益的问题，提出了ー种基于主动探測的信道増益估计方法。本发明的技术方案是一种基于认知无线电的信道増益估计方法，具体包括如下步骤步骤I :第一时隙，认知用户测量第一主用户发送的主用户信号信噪比Yca，同时认知用户以幅度増益G2放大从第一主用户接收到的主用户信号，井向第二主用户转发以幅度増益G2放大后的主用户信号；步骤2 :第二时隙，认知用户测量第二主用户发送的主用户信号信噪比Ye2，同时认知用户以幅度増益G1放大从第二主用户接收到的主用户信号，井向第一主用户转发以幅度増益G1放大后的主用户信号；步骤3:第三时隙，认知用户测量第一主用户发送的主用户信号信噪比el，同时认知用户以幅度増益G' 2放大从第一主用户接收到的主用户信号，井向第二主用户转发以幅度増益G' 2放大后的主用户信号；步骤4:第四时隙，认知用户测量第二主用户发送的主用户信号信噪比Y'。2;步骤5 :第五时隙，认知用户测量第一主用户发送的主用户信号信噪比Y "。ェ；步骤6 :分别计算认知用户和第一主用户信道増益A12、认知用户和第二主用户信道増益￥、第一主用户和第二主用户信道增￥
权利要求
1.一种基于认知无线电的信道增益估计方法，具体包括如下步骤 步骤I :第一时隙，认知用户测量第一主用户发送的主用户信号信噪比Ycl,同时认知用户以幅度增益G2放大从第一主用户接收到的主用户信号，并向第二主用户转发以幅度增益G2放大后的主用户信号； 步骤2:第二时隙，认知用户测量第二主用户发送的主用户信号信噪比，同时认知用户以幅度增益G1放大从第二主用户接收到的主用户信号，并向第一主用户转发以幅度增益G1放大后的主用户信号； 步骤3:第三时隙，认知用户测量第一主用户发送的主用户信号信噪比el，同时认知用户以幅度增益G, 2放大从第一主用户接收到的主用户信号，并向第二主用户转发以幅度增益G, 2放大后的主用户信号； 步骤4:第四时隙，认知用户测量第二主用户发送的主用户信号信噪比Y'。2; 步骤5 :第五时隙，认知用户测量第一主用户发送的主用户信号信噪比Y ' ; 步骤6 :分别计算认知用户和第一主用户信道增益A12、认知用户和第二主用户信道增益hi、第一主用户和第二主用户信道增/ 2 TcicjZaCijIaC I2Λ,2 = ~Yc\ 9 (I + G1A)2 σ\ -~γ-γ,h-下, I 中，Λ _ (G2r:.i -G2rrl)±^j rr/rl (G1-G2)^+ rrl (rrl - r； )(G{ - G；) ^，=G2G_(rrl-rd。
全文摘要
本发明公开了一种基于认知无线电的信道增益估计方法，本发明的方法中认知用户主动充当主用户的中继，将接收、放大后的主用户信号作为探测信号向主用户接收端转发，通过提高主用户接收端的信噪比来触发主用户的闭环功率控制，最后认知用户根据观测到的主用户信号的信噪比变化不仅能估计出两个交叉信道的信道增益，还能估计出主用户信道的信道增益，该信息使认知用户之间的平均信道容量有了较明显的提高，同时由于本发明的方法中认知用户利用放大后的主用户信号作为探测信号，因此本发明还在平均意义上避免了探测过程中认知用户对主用户的干扰。
文档编号H04W24/08GK102790995SQ20121029084
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月16日 优先权日2012年8月16日
发明者张蔺, 武刚, 赵国栋, 陈智 申请人:电子科技大学