專(zhuān)利名稱(chēng)：認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)中的協(xié)作頻譜感知系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及無(wú)線(xiàn)通信，更具體地，涉及一種認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)中的協(xié)作頻譜感知系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電(Cognitive Radio，簡(jiǎn)稱(chēng)CR)被認(rèn)為是這樣一種無(wú)線(xiàn)電，其中的通信系統(tǒng)感知周?chē)h(huán)境和內(nèi)部狀態(tài)，并可根據(jù)該信息和預(yù)定目標(biāo)生成有關(guān)其無(wú)線(xiàn)電操作行為的決策當(dāng)不會(huì)對(duì)現(xiàn)有用戶(hù)(也稱(chēng)授權(quán)用戶(hù)(licensed user，簡(jiǎn)稱(chēng)LU))或主用戶(hù)(primary user,簡(jiǎn)稱(chēng)PU)造成干擾時(shí)，CR用戶(hù)可以使用授權(quán)的頻段當(dāng)CR用戶(hù)可以在不對(duì)主用戶(hù)造成干擾的前提下發(fā)射信號(hào)時(shí)，就是所謂的頻譜機(jī)會(huì)顯然，感知頻譜以檢測(cè)頻譜機(jī)會(huì)的能力對(duì)于CR性能至關(guān)重要，且已成為大量研究的課題。CR的基本概念是允許未授權(quán)的CR用戶(hù)，也稱(chēng)認(rèn)知用戶(hù)，在不對(duì)授權(quán)用戶(hù)造成干擾的前提下使用授權(quán)的頻段因此，CR用戶(hù)必須能夠識(shí)別和使用主用戶(hù)未使用的頻段事實(shí)上 CR用戶(hù)的可用頻段可能隨時(shí)間和位置而變化。

發(fā)明內(nèi)容
通過(guò)在認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)中的協(xié)作頻譜感知系統(tǒng)和方法的實(shí)施例，大體可以解決或避免這些以及其他問(wèn)題，并且通?？蓪?shí)現(xiàn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供一種認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電(cognitive radio，簡(jiǎn)稱(chēng)CR)用戶(hù)操作的方法該方法包括，協(xié)調(diào)與協(xié)作CR用戶(hù)共享頻譜感知信息，組合來(lái)自協(xié)作CR用戶(hù)的頻譜感知信息，根據(jù)組合的頻譜感知信息確定是否存在傳輸機(jī)會(huì)，若存在傳輸機(jī)會(huì)，則向一個(gè)CR用戶(hù)發(fā)送消息，若不存在傳輸機(jī)會(huì)，則存儲(chǔ)消息。根據(jù)另一實(shí)施例，提供一種認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電(cognitive radio，簡(jiǎn)稱(chēng)CR)用戶(hù)操作的方法該方法包括，感知頻譜和與協(xié)作CR用戶(hù)協(xié)調(diào)共享頻譜感知信息所述頻譜包括被CR用戶(hù)用于傳輸?shù)念l段，該頻段至少與受保護(hù)頻段的一部分重疊所述協(xié)調(diào)包括，根據(jù)CR用戶(hù)和協(xié)作CR用戶(hù)的相對(duì)位置來(lái)共享信息。根據(jù)另一實(shí)施例，提供一種通信裝置該通信裝置包括一個(gè)與天線(xiàn)耦合的接收機(jī)、 一個(gè)與所述天線(xiàn)耦合的發(fā)射機(jī)和一個(gè)與所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)耦合的處理器所述接收機(jī)接收天線(xiàn)檢測(cè)到的信號(hào)，所述發(fā)射機(jī)使用天線(xiàn)發(fā)射信號(hào)所述處理器感知發(fā)射和接收信號(hào)的頻段，組合從相鄰?fù)ㄐ叛b置接收的頻段狀態(tài)信息，并計(jì)算決策閾值以確定頻段被占用還是閑置。
一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，來(lái)自協(xié)作CR用戶(hù)的頻譜感知信息可能根據(jù)其與融合CR用戶(hù)的相對(duì)距離以加權(quán)的方式組合加權(quán)組合有助于強(qiáng)調(diào)由于頻譜感知信息源(即協(xié)作CR用戶(hù))與融合CR用戶(hù)相對(duì)接近導(dǎo)致更切合融合CR用戶(hù)的頻譜感知信息。一個(gè)實(shí)施例的另一優(yōu)點(diǎn)在于，協(xié)作CR用戶(hù)生成的頻譜感知決策可以根據(jù)誤報(bào)警概率函數(shù)的閾值來(lái)完成，其反過(guò)來(lái)可以是協(xié)作CR用戶(hù)與融合CR用戶(hù)間距離的函數(shù)。上文大致概述了本發(fā)明的功能和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以便更好地理解之后對(duì)實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明下文將描述構(gòu)成權(quán)利要求主題的實(shí)施例的其他功能和優(yōu)點(diǎn)本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，所公開(kāi)的構(gòu)思和具體實(shí)施例可以輕而易舉地用作為執(zhí)行本發(fā)明的相同目的而修改或設(shè)計(jì)其他結(jié)構(gòu)或進(jìn)程的基礎(chǔ)本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)理解，這些等效結(jié)構(gòu)不得背離所附權(quán)利要求中闡明的本發(fā)明的精神和范圍。


為了更全面地理解實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)結(jié)合附圖做出以下參考說(shuō)明，其中圖1是操作環(huán)境的示意圖；圖2是面向通信的協(xié)作頻譜感知通信系統(tǒng)的示意圖；圖3a是CR用戶(hù)的示意圖；圖北是圖3a所示的處理器和存儲(chǔ)器的詳細(xì)視圖；圖4是傳輸信息時(shí)CR用戶(hù)操作的流程圖；圖5是向融合CR用戶(hù)提供頻譜感知信息時(shí)協(xié)作CR用戶(hù)操作的流程圖；圖6是與兩個(gè)CR用戶(hù)間的距離相對(duì)的最佳Pfl和Pf2的示意圖；圖7是具有最佳閾值的面向通信的協(xié)作頻譜感知的檢測(cè)性能圖；圖8是現(xiàn)有協(xié)作頻譜感知和面向通信的協(xié)作頻譜感知的全部頻譜機(jī)會(huì)圖。
具體實(shí)施例方式下文詳細(xì)說(shuō)明了實(shí)施例的形成和使用但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明提供許多適用發(fā)明構(gòu)思，可以在廣泛的具體情境中實(shí)施所討論的具體實(shí)施例僅起到以具體方式說(shuō)明形成和使用本發(fā)明的作用，而非限制本發(fā)明的范圍。將在具體環(huán)境中，即在與授權(quán)系統(tǒng)非常接近的認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電(cognitive radio，簡(jiǎn)稱(chēng)CR)系統(tǒng)中對(duì)實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明然而，本發(fā)明還適用于其他系統(tǒng)，其中，CR系統(tǒng)使用支持波束賦形的定向天線(xiàn)和/或天線(xiàn)陣列。圖1是操作環(huán)境100的示意圖，其中，操作環(huán)境100包含一個(gè)授權(quán)通信系統(tǒng)和一個(gè) CR通信系統(tǒng)授權(quán)系統(tǒng)與CR系統(tǒng)的操作十分接近，且兩者共享一個(gè)頻段授權(quán)系統(tǒng)包含授權(quán)用戶(hù)105-107，CR系統(tǒng)包含CR用戶(hù)110-114。授權(quán)用戶(hù)間的傳輸用實(shí)線(xiàn)表示，CR用戶(hù)間的傳輸用虛線(xiàn)表示CR用戶(hù)對(duì)，例如CR用戶(hù)110和CR用戶(hù)114，有機(jī)會(huì)在分配給授權(quán)系統(tǒng)的頻段上運(yùn)行CR用戶(hù)可以使用頻譜感知信息來(lái)確定頻段中是否存在授權(quán)活動(dòng)，如果沒(méi)有授權(quán)活動(dòng)，CR用戶(hù)會(huì)在頻段中進(jìn)行發(fā)射。在CR通信系統(tǒng)中，CR發(fā)射機(jī)在不干擾授權(quán)用戶(hù)的前提下發(fā)送其信號(hào)，同時(shí)CR接收機(jī)可以在來(lái)自授權(quán)用戶(hù)的特定干擾下解碼這類(lèi)信號(hào)，這時(shí)便建立了通信換言之，當(dāng)CR用戶(hù)可以合法地發(fā)射(不對(duì)授權(quán)用戶(hù)造成干擾)和可靠地接收時(shí)便出現(xiàn)通信機(jī)會(huì)。
在實(shí)際的系統(tǒng)中，單個(gè)CR用戶(hù)的本地頻譜感知檢測(cè)性能在深衰落和陰影信道中可能會(huì)大大削弱因此，提出了協(xié)作頻譜感知，其利用多用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)中的空間分集來(lái)改進(jìn)檢測(cè)性能在協(xié)作頻譜感知中，要發(fā)起通信的CR用戶(hù)(也稱(chēng)融合CR用戶(hù))與某些鄰近的CR用戶(hù) (也稱(chēng)協(xié)作CR用戶(hù))一同執(zhí)行協(xié)作頻譜感知。協(xié)作CR用戶(hù)可以是與融合CR用戶(hù)共享頻譜感知信息的CR用戶(hù)，其利用頻譜感知信息來(lái)改進(jìn)主用戶(hù)(primary user，簡(jiǎn)稱(chēng)PU)的檢測(cè)性能CR用戶(hù)可以是協(xié)作CR用戶(hù)，也可以不是協(xié)作CR用戶(hù)例如，在圖1中，CR用戶(hù)111和CR用戶(hù)114可能都是CR用戶(hù)110的鄰近CR用戶(hù)。然而，可能只有CR用戶(hù)114才可以用作CR用戶(hù)110(作為融合CR用戶(hù))的協(xié)作CR用戶(hù)。但是，目前許多協(xié)作頻譜感知形式都將關(guān)注重點(diǎn)集中在如何組合協(xié)作用戶(hù)的感知信息、如何選擇協(xié)作用戶(hù)、有多少個(gè)協(xié)作用戶(hù)才足夠等此外，一個(gè)隱含的假設(shè)是，PU的傳輸范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于CR用戶(hù)的傳輸范圍這意味著各個(gè)CR用戶(hù)上的PU信號(hào)來(lái)自同一 PU，且該P(yáng)U 是CR用戶(hù)要檢測(cè)的目標(biāo)PU在特定環(huán)境中該假設(shè)成立，例如，在IEEE 802. 22中，每個(gè)CR用戶(hù)從公共電視信號(hào)發(fā)射臺(tái)接收主信號(hào)。然而，當(dāng)PU的傳輸范圍與CR用戶(hù)的傳輸范圍相當(dāng)或比其要小時(shí)，可能無(wú)法獲得分集，因?yàn)椴煌腃R用戶(hù)可能從不同的PU接收信號(hào)。例如，在IEEE802.22中，電視頻段中運(yùn)行著無(wú)線(xiàn)麥克風(fēng)，PU (無(wú)線(xiàn)麥克風(fēng))的傳輸范圍通常小于CR用戶(hù)，但仍需要在IEEE 802.22 中保護(hù)在現(xiàn)有方法中，使用不恰當(dāng)?shù)膮f(xié)作CR用戶(hù)可能會(huì)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。通常，不恰當(dāng)?shù)膮f(xié)作CR用戶(hù)是指距離融合CR用戶(hù)較遠(yuǎn)的CR用戶(hù)不恰當(dāng)?shù)腃R用戶(hù)可能報(bào)告非目標(biāo)PU的信息，從而對(duì)融合CR用戶(hù)造成干擾，降低檢測(cè)性能，并導(dǎo)致失去頻譜機(jī)會(huì)因此，為協(xié)作頻譜感知選擇適當(dāng)?shù)膮f(xié)作CR用戶(hù)相當(dāng)重要。在協(xié)作頻譜感知中，各CR用戶(hù)獨(dú)立執(zhí)行頻譜感知，然后將感知信息轉(zhuǎn)發(fā)給公共接收機(jī)(融合用戶(hù))，以便其根據(jù)融合規(guī)則制定決策每個(gè)CR用戶(hù)可能會(huì)使用能量檢測(cè)器，因?yàn)樗鼜?fù)雜性低，并且不需要有關(guān)主信號(hào)的先驗(yàn)信息此外，假定從協(xié)作CR用戶(hù)到融合用戶(hù)的反饋鏈路是理想的，這意味著傳輸感知信息的過(guò)程中不出現(xiàn)錯(cuò)誤或者如果出現(xiàn)這類(lèi)傳輸錯(cuò)誤，通過(guò)眾所周知的通信和編碼技術(shù)可以檢測(cè)到和/或糾正。用hpi表示PU與第i個(gè)CR用戶(hù)間的信道增益，用s⑴表示主信號(hào)，則第i個(gè)CR 用戶(hù)的接收信號(hào)可以表示為
權(quán)利要求
1.一種認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電(cognitive radio，簡(jiǎn)稱(chēng)CR)用戶(hù)操作方法，該方法包括 協(xié)調(diào)協(xié)作CR用戶(hù)共享頻譜感知信息；組合來(lái)自協(xié)作CR用戶(hù)的頻譜感知信息； 根據(jù)組合的頻譜感知信息確定是否存在傳輸機(jī)會(huì)； 如果存在傳輸機(jī)會(huì)，則向CR用戶(hù)發(fā)送消息；以及如果不存在傳輸機(jī)會(huì)，則存儲(chǔ)該消息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，組合頻譜感知信息包括對(duì)從各協(xié)作CR用戶(hù)接收的頻譜感知信息應(yīng)用加權(quán)因子，其中所述應(yīng)用于從協(xié)作CR用戶(hù)接收的頻譜感知信息的加權(quán)因子是該協(xié)作CR用戶(hù)專(zhuān)用的，借此可以生成該協(xié)作CR用戶(hù)的加權(quán)頻譜感知信息；以及求出各協(xié)作CR用戶(hù)的加權(quán)頻譜感知信息的和，以生成組合頻譜感知信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，確定是否存在傳輸機(jī)會(huì)包括，將組合頻譜感知信息與閾值作比較。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，求出加權(quán)頻譜感知信息的和進(jìn)一步包括，求出來(lái)自計(jì)算CR用戶(hù)的頻譜感知信息的和，其中所述計(jì)算CR用戶(hù)是執(zhí)行求和運(yùn)算的CR用戶(hù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，組合頻譜感知信息包括，對(duì)從各CR用戶(hù)收到的頻譜感知信息應(yīng)用組合規(guī)則，其中所述組合規(guī)則根據(jù)從各CR用戶(hù)收到的頻譜感知信息判定邏輯真或邏輯假。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，確定是否存在傳輸機(jī)會(huì)包括如果應(yīng)用組合規(guī)則的結(jié)果為邏輯真，則將存在傳輸機(jī)會(huì)設(shè)為真；以及如果應(yīng)用組合規(guī)則的結(jié)果為邏輯假，則將存在傳輸機(jī)會(huì)設(shè)為假。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，應(yīng)用組合規(guī)則進(jìn)一步包括，對(duì)計(jì)算CR用戶(hù)生成的頻譜感知信息應(yīng)用組合規(guī)則，其中所述計(jì)算CR用戶(hù)是執(zhí)行應(yīng)用的CR用戶(hù)。
8.一種認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電(cognitive radio，簡(jiǎn)稱(chēng)CR)用戶(hù)操作方法，該方法包括感知頻譜，其中所述頻譜包括被CR用戶(hù)用于傳輸?shù)念l段，該頻段至少與受保護(hù)頻段的一部分重疊；以及協(xié)調(diào)協(xié)作CR用戶(hù)共享頻譜感知信息，其中所述協(xié)調(diào)包括，根據(jù)CR用戶(hù)與協(xié)作CR用戶(hù)的相對(duì)位置共享信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其進(jìn)一步包括，從融合CR用戶(hù)接收消息，其中所述消息基于依據(jù)融合CR用戶(hù)與協(xié)作CR用戶(hù)的相對(duì)位置調(diào)整的共享頻譜感知信息來(lái)傳輸。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其進(jìn)一步包括，根據(jù)頻譜感知結(jié)果來(lái)生成決策。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，制定決策包括 設(shè)置決策閾值；以及根據(jù)所述決策閾值和頻譜感知結(jié)果來(lái)計(jì)算假設(shè)條件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，設(shè)置決策閾值包括 獲取各CR用戶(hù)的頻譜感知性能；以及根據(jù)獲取的頻譜感知性能計(jì)算誤報(bào)警概率。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，計(jì)算誤報(bào)警概率包括 計(jì)算概率，Pr (決策為Htl IH1為真)；以及計(jì)算概率，Pr (決策為H01 H。為真)。其中，Htl表示假設(shè)包含計(jì)算CR用戶(hù)的區(qū)域中的主用戶(hù)為活躍狀態(tài)，H1表示假設(shè)包含計(jì)算CR用戶(hù)的區(qū)域中的主用戶(hù)為未激活狀態(tài)，其中所述計(jì)算CR用戶(hù)是計(jì)算概率的CR用戶(hù)， 且I^rO是概率函數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，計(jì)算概率，PH決策為HtlIH1為真)包括求出芯σ(τ,,θ,、
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，計(jì)算概率，PH決策為HtlIH1為真)包括求出 λτ-μ{τβ)
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，計(jì)算假設(shè)條件包括 如果頻譜感知結(jié)果大于決策閾值，則將假設(shè)條件Htl設(shè)為真；以及如果頻譜感知結(jié)果小于決策閾值，則將假設(shè)條件H1設(shè)為真，其中，Htl表示假設(shè)包含計(jì)算CR用戶(hù)的區(qū)域中的主用戶(hù)為活躍狀態(tài)，H1表示假設(shè)包含計(jì)算CR用戶(hù)的區(qū)域中的主用戶(hù)為未激活狀態(tài)，其中所述計(jì)算CR用戶(hù)是計(jì)算概率的CR用戶(hù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，協(xié)調(diào)協(xié)作CR用戶(hù)包括，與協(xié)作CR用戶(hù)共享假設(shè)條件H。或H1。
18.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中使用頻譜感知結(jié)果的軟合并，其中，協(xié)調(diào)協(xié)作CR 用戶(hù)包括，與協(xié)作CR用戶(hù)共享頻譜測(cè)量
19.一種通信裝置，其包含一個(gè)與天線(xiàn)耦合的接收機(jī)，所述接收機(jī)用于接收天線(xiàn)檢測(cè)到的信號(hào)； 一個(gè)與所述天線(xiàn)耦合的發(fā)射機(jī)，所述發(fā)射機(jī)利用所述天線(xiàn)發(fā)射信號(hào)；以及一個(gè)與所述接收機(jī)和發(fā)射機(jī)耦合的處理器，用于感知發(fā)射和接收信號(hào)的頻段，組合從相鄰?fù)ㄐ叛b置接收的頻段狀態(tài)信息，并計(jì)算決策閾值以確定頻段被占用還是閑置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的通信裝置，其中所述處理器包含 一個(gè)頻譜感知單元，用于感知頻段的狀態(tài)；一個(gè)與所述頻譜感知單元耦合的組合單元，用于將頻段的狀態(tài)與來(lái)自相鄰?fù)ㄐ叛b置的頻段狀態(tài)信息組合起來(lái)；以及一個(gè)與所述頻譜感知單元耦合的閾值單元，用于根據(jù)誤報(bào)警概率計(jì)算決策閾值。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的通信裝置，其中所述處理器還用于計(jì)算從相鄰?fù)ㄐ叛b置接收的頻段狀態(tài)信息的加權(quán)因子，其中所述加權(quán)因子針對(duì)各相鄰?fù)ㄐ叛b置單獨(dú)計(jì)算。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的通信裝置，其中所述處理器包括一個(gè)加權(quán)單元，用于計(jì)算從相鄰?fù)ㄐ叛b置接收的頻段狀態(tài)信息的加權(quán)因子，其中所述加權(quán)因子根據(jù)通信裝置與各相鄰?fù)ㄐ叛b置之間的距離來(lái)計(jì)算。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在認(rèn)知無(wú)線(xiàn)電(cognitive radio，簡(jiǎn)稱(chēng)CR)中的協(xié)作頻譜感知系統(tǒng)和方法一種CR用戶(hù)操作方法，其包括，協(xié)調(diào)協(xié)作CR用戶(hù)共享頻譜感知信息，組合來(lái)自協(xié)作CR用戶(hù)的頻譜感知信息，以及根據(jù)組合的頻譜感知信息確定是否存在傳輸機(jī)會(huì)該方法還包括，若存在傳輸機(jī)會(huì)，則向一個(gè)CR用戶(hù)發(fā)送消息，若不存在傳輸機(jī)會(huì)，則存儲(chǔ)該消息。
文檔編號(hào)H04B1/10GK102362435SQ201080012335
公開(kāi)日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月25日
發(fā)明者C·K·宋·安東尼, 李東東, 楊晨陽(yáng), 王丹丹, 趙國(guó)棟, 阿舍拉施·馬金 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司