在交叉信道增益估计中判断认知用户所在区域的检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于移动通信领域，尤其涉及移动通信中的认知无线电全双工中继领域。
【背景技术】
[0002] 在过去的十年中，认知无线电技术已被广泛的研究，其中的频谱共享技术成为未 来认知无线电系统的最热门。在频谱共享中，CT端到PR端的交叉信道增益估计是影响认 知能力的重要因素。但是，对CT-PR的交叉信道增益估计仍然是一个非常具有挑战性的任 务。因为在频分双工（FDD)系统中，CT-PR交叉信道增益的估计只能是现有PR将其估计出 来，然后通过两个系统间的回程链路将估计出的结果传送给CT，但是在认知无线电系统中， 这种回程链路通常是无效的；为了解决这一难题，有人提出来一种称作主动估计的方法，它 的交叉信道增益估计过程不需要回程链路，也不用PR发射反向功率。其原理是：CT首先通 过交叉信道发送一个干扰信号，从而导致PR接收的信号发生变化。由于PT-PR系统有闭环 功率控制（CLPC)，使得PT能根据PR端接收的信噪比不同，自动的调节其发射功率，且该功 率变化附带了 CT-PR交叉信道增益的信息。通过这种主动估计方式，CT能根据检测到的携 带交叉信道增益信息的PT发射功率变化估计出交叉信道增益值。但是这种办法在实际系 统中很难执行，因为它们需要CT发送干扰信息，从而无可避免的对PR产生了干扰。
[0003] 最近，有研究人员在主动估计的方法中引入了全双工中继技术。由于CT扮演的是 全双工中继的角色，其对来自PT的发射信号进行转发放大，然后发送给PR，从而对PR不会 产生干扰。这种方法巧妙地让CT触发了 CT-PR系统的CLPC。但是在该方法中，PR将直传 和中继链路的两条信号视作理想信号，这就需要两条路径的到达时间差（TD0A)小于PR的 最大容许时延，这种情形成为小时延（STD)。但是，如果两条路径的TD0A大于或等于最大容 许时延，则PR将会视其中一条链路的信号（直传链路或者中继链路）作为理想信号，另一 路视作干扰，这种情形成为大时延（LID)。在实际场景下，我们根本不能保证PR接收信号的 时延在控制范围内，所以该问题也成了交叉信道增益估计的瓶颈。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有技术的不足，提出在交叉信道增益估计中判断认知用户所在区域 的检测方法。在本发明中，CT能在对PR段不造成干扰的前提下很精确地区分大小时延，即 对CT所在区域进行判定。
[0005] 为了方便的描述本发明的内容，首先对本发明所使用的术语和模型进行介绍：
[0006] 定义1主基站（PT，Primary Transmitter):主系统中的信号发射端。
[0007] 定义2主用户（PR, Primary User):主系统中的信号接收端。
[0008] 定义3认知发射机（CT，CognitiveTransmitter):次级系统中具有认知功能的信 号发射端。
[0009] 定义4信噪比（SNR，SignalNoiseRatio):信号功率与噪声功率的比值。
[0010]定义5闭环功率控制（CLPC,ClosedLoopPowerControl):发射端根据接收端信 噪比的变化来调整自身的发射功率，从而保证接收端的接收质量。
[0011] 定义6频分双工（FDD，Frequency-Division-Duplex):上、下行通信分别采用同一 时隙的不同频率信道进行工作。
[0012] 定义7全双工（FD，Full-Duplex):上、下行通信分别采用相同频率信道的相同时 隙进行工作。
[0013] 定义8交叉信道增益（CCG，Cross-Channel Gain) :S-BS与M-UE之间的信道增益。
[0014] 定义9到达时间差（TDOA，Time Difference of Arrival):直传链路信号和中继 转发信号到达PR端的时间差。
[0015] 定义10小时延（STD，Small time delay) :PR接收到的两路信号时延很小，则将两 路信号合并视作一路信号。
[0016] 定义11大时延（LTD，Largetimedelay) :PR接收到的两路信号时延较大，贝lj选取 一路信号较强的视作理想信号，另一路视作干扰信号。
[0017] 本发明所使用的系统为：
[0018] 如图1所示，
[0019] 系统有CLPC，PT与PR在某个频段内通信，PT位置固定，其覆盖范围R，则设圆心为 PT，半径为R的圆为圆A。PR与PT的直线距离为L，且PR位于以PT为圆心，R为半径的圆 形范围内，则设圆心为PT，半径为L的圆为圆B。全双工CT与PT的直线距离为r，且CT位 于以PT为圆心，R为半径的圆形范围内。其中，PR与CT的直线距离为1，0. 035km < L彡R， 0? 035km < r彡R，1 > 0? 035km。PT、PR和CT之间的信道系数为鳥^= 0:山2，其中， PT-PR链路的信道系数为，PT-CT链路的信道系数为，CT-PR链路的信道系数 为hk为小尺度衰落系数，服从瑞利衰落，gk为大尺度衰落系数，其服从如下分布： PL(dB) = 128.1+37.61(^。((1)，€(^ d 彡 0.0351〇11，其中，(1为两点之间的距离。
[0020] 假设PR端接收信号的容忍时延为，则可知PT与PR点的STD区域形成了一个以 PT，PR为焦点的椭圆，且椭圆端点距离其最近焦点的距离，其中，c为电磁波传输速 度，则椭圆外部即为LID区域，设焦点为PT，PR，椭圆端点距离其最近焦点的距离^^的椭 圆为椭圆C。
[0021] 所述圆B n椭圆C部分为区域I，所述圆B-(圆B n椭圆C)部分为区域III，所述 (圆A-圆B) n椭圆C部分为区域II，所述圆A-(区域1+区域11+区域III)部分为区域 IV。椭圆C边界代表了最大容许时延的边界。
[0022] 本发明的技术方案为：
[0023] 本发明首先下行链路传输中，下行链路传输中，PT采用自适应调制方式向PR发送 数据，发送数据过程中保持信噪比恒定，CT端监听来自PT端传输信号的SNR，对比PR的目 标SNR，排除有干扰的区域即初步检测认知用户区域，CT作为全双工中继，转发来自PT端的 信号给PR，PR根据接收到的两条链路信号给出新的SNR，触发PT-PR的CLPC系统，PT的发 射功率会做出相应的调整，CT根据接收到的新的PT信号获得新的SNR，CT根据其开启前后 的SNR大小变化检测认知用户区域。
[0024] 本发明的原理：
[0025] 在不干扰PR的情况下对认知用户的所在区域进行估计，如果CT对接收到的来自 PT主信号进行中继转发，而不是对PR直接发干扰信号，则可避免对PR的干扰。CT在PT和 PR的通信过程中起到了全双工中继的作用：接收，放大，转发来自PT的主信号。因此，PR端 可以接收到来自两条链路的信号：PT端的直传链路和CT端的中继链路。如果CT设计合理， 这种方法可能会提高PR端SNR，降低PT发射功率。CT则可以利用PT与PR间的CLPC (闭 环功率控制）技术来检测认知用户CT的所在区域。
[0026] 在交叉信道增益估计中判断认知用户所在区域的检测方法，包括如下步骤：
[0027] S1、下行链路传输中，PT采用自适应调制方式向PR发送数据，发送数据过程中保 持信噪比恒定，CT端监听来自PT端传输信号的SNR，对比PR的目标SNR，排除有干扰的区 域即初步检测认知用户区域，具体步骤如下：
[0028] Sll、PT采用自适应调制方式，以初始发射功率p。向PR发送信号x(i，j)，发射过 程中保持信噪比&恒定，PR端接收到的信号表示为= ./) + ?,,(/，./)，其 中，E|x(?_,/)|2 =1，Ei[ j为求期望操作，i，j分别为样本数和block数，np(i, j)为期望为 0,方差为0 2的复杂高斯白噪声，PR的接收信噪比
g。为PT与 PR之间的信道增益；
[0029] S12、CT 接收到 PT 的信号.v,,..(/,./) =./) + /?, (/,./)，则 CT 接收到的平均 信噪比为其中，
，gi为CT与PT之间的信道增益，nji, j)为 期望为〇,