一种大规模mimo系统认知家庭网络接入方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种大规模MIM0系统认知家庭网络接入方法，属于无线通信认知无 线电技术领域。
【背景技术】
[0002] 大规模MIM0是一项面向未来5G移动通信需求的新兴技术，它通过安装在授权宏 单元基站的大规模天线阵列来实现卓越的预编码和波束成形能力。由于MIM0系统在设计 预编码时，基站需要获取部分或是完全的信道状态信息，而大规模MIM0系统中基站天线数 量巨大，因此通常利用信道的互易性获取信道状态信息，即采用时分双工系统。
[0003] 另一方面，随着科技进步和无线通信技术的快速发展，无线频谱资源越来越紧张， 认知无线电系统可W通过频谱感知及频谱管理等技术在保证授权频段授权用户正常通信 的基础之上，使非授权用户动态的使用空闲频谱，从而避免对授权用户的干扰，有效提高频 谱利用率。频谱感知技术是认知无线电技术研究的热点和重点，也是其实际应用中必不可 少的环节，在认知大规模MIM0系统中亦是如此。作为一种大规模MIM0系统中广泛使用的 技术，认知家庭网络可W通过频谱感知的方式进行频谱接入，从而提高频谱空间的再利用， 并能有效提高小区总的吞吐量。各认知家庭网络由其相应的认知家庭基站对频谱进行能量 检测并给出判决，但当随机分布的认知家庭网络与授权宏单元用户共享频谱时，可能对授 权宏单元用户造成非常高的干扰。同时，当该一干扰超过一个可容忍的限度时，认知家庭网 络必须放弃其频谱再利用的机会。此外，通常情况下认知家庭基站的发射功率及传输数据 量都要大于认知家庭用户。因此，对宏单元的干扰主要来自认知家庭基站，本专利中也主要 针对认知家庭基站进行分析。
[0004] 现有基于频分双工的认知大规模MIM0系统中认知家庭网络接入方案需占用两个 频带资源且无法利用信道互易特性；而基于时分双工的大规模MIM0系统的认知家庭网络 接入方案大都为固定接入方案。德国化kob化ydis等人（参见J.化ydis, K.化sseini, S. Brink and M. Debbah, "Making Smart Use of Excess Antennas:Massive MIMO, Small Cells, and TDD, "Bell L油s Technical Journal, vol. 18, issue 2,pp. 5-21, 2013.)提出 了两种基于时分双工大规模MIMO系统的接入方案，一种为时分双工接入方案，另一种为反 向时分双工接入方案，但均未考虑对授权宏单元基站及授权宏单元用户影响较大的认知家 庭网络分布情况W及认知家庭基站之间的协作检测。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术方案所存在的缺陷和不足，本发明提供了一种大规模MIM0系统认 知家庭网络接入方法，其通过采用置信加权合作频谱感知技术，可W使认知家庭基站W- 种混合频谱接入的方式接入大规模MIM0系统，从而在对宏单元吞吐量造成较低影响的前 提下，实现认知家庭网络频谱共享概率与认知家庭网络层吞吐量的提高。
[0006] 本发明的技术方案如下：
[0007] -种大规模MIMO系统认知家庭网络接入方法，由W下系统实现，该系统包括1个 授权宏单元基站、K个授权宏单元用户、S个认知家庭网络及对应的S个认知家庭基站、授 权宏单元基站与用户间信道、认知家庭基站检测信道、认知家庭基站间信道，授权宏单元基 站配置具有N个天线的等距圆环阵列，N远大于K，授权宏单元基站具备获取授权宏单元基 站与用户间信道的信道状态信息的能力；授权宏单元用户配置单天线，且具备获取授权宏 单元基站与用户间信道的信道状态信息的能力；认知家庭基站配置单天线，且具备获取认 知家庭基站检测信道和认知家庭基站间信道的信道状态信息的能力；授权宏单元基站和授 权宏单元用户间采用时分双工模式通信，含授权宏单元用户上行时隙与下行时隙共两个时 隙，在授权宏单元用户上行时隙中，授权宏单元用户通过授权宏单元基站与用户间信道向 授权宏单元基站发送信息，并通过认知家庭基站检测信道向各认知家庭基站广播信号；在 授权宏单元用户下行时隙中，授权宏单元基站通过授权宏单元基站与用户间信道向授权宏 单元用户发送信息，并通过认知家庭基站检测信道向各认知家庭基站广播信号；认知家庭 基站具有更新置信因子与权重因子、进行融合判决的能力，首先，各认知家庭基站根据其认 知家庭基站间f旨道f旨息进行动态分组，形成由各认知家庭基站及其协作检测认知家庭基站 构成的分组，并初始化各自置信因子和权重因子；随后，各认知家庭基站在授权宏单元用户 上行时隙与下行时隙分别进行能量检测，获得能量检测结果；然后各认知家庭基站根据分 组情况向其分组内的协作检测认知家庭基站发送能量检测结果，并根据接收到的分组内协 作检测认知家庭基站的信息更新置信因子和权重因子；最后，各认知家庭基站根据置信因 子和权重因子将所有检测判决结果进行融合，得到最后的融合检测结果，并根据该一结果 选择沉默或最佳方式接入网络，该方法的具体步骤如下：
[0008] A、各认知家庭基站准备开始工作；
[0009] B、各认知家庭基站分析与其他认知家庭基站间的认知家庭基站间f旨道状态，得到 各认知家庭基站间信道误码率，随后将对应信道误码率与设定阔值5P。进行比较，并根据 比较结果进行动态分组，对于第i个认知家庭基站，将其作为中也认知家庭基站，建立一个 相应的协作检测认知家庭基站组，组内协作检测认知家庭基站数目记为Ni(Ni可为0)，其分 组方法具体如下：
[0010] (1)将除第i个认知家庭基站外的所有认知家庭基站加入集合R内；
[0011] (2)在R内选定一个认知家庭基站，记为j;
[0012] (3)对j进行如下操作；计算第i与第j个认知家庭基站间的认知家庭基站间信 道误码率
【主权项】
1. 一种大规模MIMO系统认知家庭网络接入方法，由以下系统实现，该系统包括1个授 权宏单元基站、K个授权宏单元用户、S个认知家庭网络及对应的S个认知家庭基站、授权宏 单元基站与用户间信道、认知家庭基站检测信道、认知家庭基站间信道，授权宏单元基站配 置具有N个天线的等距圆环阵列，N远大于K，授权宏单元基站具备获取授权宏单元基站与 用户间信道的信道状态信息的能力；授权宏单元用户配置单天线，且具备获取授权宏单元 基站与用户间信道的信道状态信息的能力；认知家庭基站配置单天线，且具备获取认知家 庭基站检测信道和认知家庭基站间信道的信道状态信息的能力；授权宏单元基站和授权宏 单元用户间采用时分双工模式通信，含授权宏单元用户上行时隙与下行时隙共两个时隙， 在授权宏单元用户上行时隙中，授权宏单元用户通过授权宏单元基站与用户间信道向授权 宏单元基站发送信息，并通过认知家庭基站检测信道向各认知家庭基站广播信号；在授权 宏单元用户下行时隙中，授权宏单元基站通过授权宏单元基站与用户间信道向授权宏单元 用户发送信息，并通过认知家庭基站检测信道向各认知家庭基站广播信号；认知家庭基站 具有更新置信因子与权重因子、进行融合判决的能力，首先，各认知家庭基站根据其认知家 庭基站间信道信息进行动态分组，形成由各认知家庭基站及其协作检测认知家庭基站构成 的分组，并初始化各自置信因子和权重因子；随后，各认知家庭基站在授权宏单元用户上行 时隙与下行时隙分别进行能量检测，获得能量检测结果；然后各认知家庭基站根据分组情 况向其分组内的协作检测认知家庭基站发送能量检测结果，并根据接收到的分组内协作检 测认知家庭基站的信息更新置信因子和权重因子；最后，各认知家庭基站根据置信因子和 权重因子将所有检测判决结果进行融合，得到最后的融合检测结果，并根据这一结果选择 沉默或最佳方式接入网络，该方法的具体步骤如下： A、 各认知家庭基站准备开始工作； B、 各认知家庭基站分析与其他认知家庭基站间的认知家庭基站间"[目道状态，得到各认 知家庭基站间信道误码率，随后将对应信道误码率与设定阈值Src进行比较，并根据比较 结果进行动态分组，对于第i个认知家庭基站，将其作为中心认知家庭基站，建立一个相应 的协作检测认知家庭基站组，组内协作检测认知家庭基站数目记为队(队可为0)，其分组方 法具体如下： (1) 将除第i个认知家庭基站外的所有认知家庭基站加入集合R内； (2) 在R内选定一个认知家庭基站，记为j; (3) 对j进行如下操作：计算第i与第j个认知家庭基站间的认知家庭基站间信道误 码_
_中歹表示服从瑞利衰落的第i与第j个认知家庭基站间的认知 家庭基站间信道平均信噪比； (4) 比较上一步得到的PMj和设定阈值SF。的大小，若PMj〈Src，则将该认知家庭基站 划分到第i个认知家庭基站的协作检测认知家庭基站组内；否则，若Src，则不划入 组内；比较之后，从集合R中剔除j; (5) 如果集合R不为空集，则回到步骤（2)继续进行分组；反之，则进入下一步； (6) 计算队的值，分组结束； C、 根据步骤B中动态分组情况，各中心认知家庭基站对其