本發(fā)明涉及的是一種空間調制、天線選擇和信道估計方法。

背景技術：

認知無線電網(wǎng)絡與主網(wǎng)絡共存的條件是：認知網(wǎng)(次網(wǎng)絡)對主網(wǎng)絡的干擾必須控制在一定范圍內，因此，控制并降低次用戶對主用戶的干擾具有極其重要的現(xiàn)實意義。空間調制是一種新型的mimo(multiple-inputmultiple-output,多輸入多輸出)技術。該技術不僅能發(fā)揮多天線系統(tǒng)相比單天線系統(tǒng)傳輸速率、頻譜利用率高的優(yōu)勢，而且避免了多輸入多輸出系統(tǒng)的子信道間干擾、天線同步和接收天線數(shù)目限制等問題，但傳統(tǒng)空間調制對發(fā)射天線數(shù)目有限制，要求為2ⁿ個，不利于發(fā)射天線的充分利用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能消除空間調制對發(fā)端天線數(shù)目的限制，在提高次用戶數(shù)據(jù)傳輸速率的同時還能降低次用戶對主用戶的干擾的基于天線選擇和天線變長編碼的干擾消除方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

(1)對次用戶發(fā)送端和主用戶接收端之間的信道進行估計，獲得次用戶對主用戶干擾信道信息；

(2)根據(jù)主用戶的干擾要求和次用戶的信息速率要求選擇天線并進行編碼；具體包括：根據(jù)主用戶的干擾要求和次用戶的信息速率要求結合干擾信道信息選出合適的天線數(shù)目n；在選出的n根天線上進行空間調制；

設次用戶天線個數(shù)為n，以基本信息碼元[01]為基礎，其中一個信息碼元末尾加0和加1代替原信息碼元，生成比原映射方案多一個信息碼元的編碼方案；下一個信息碼元也依此操作，如此幾次，最終生成含n個信息碼元的編碼方案；

根據(jù)主用戶對次用戶的干擾限制、次用戶信息速率要求，在滿足干擾限制條件下選擇信息量最大的方案；滿足次用戶傳輸速率條件下選擇天線數(shù)目最小、干擾最小的方案。

本發(fā)明提供了一種基于空間調制、天線選擇和天線變長編碼技術的干擾消除方法。通過對傳統(tǒng)空間調制的改良，消除了空間調制對發(fā)端天線數(shù)目的限制，在提高次用戶數(shù)據(jù)傳輸速率的同時，還能在一定程度上降低次用戶對主用戶的干擾。

本發(fā)明的方法的特點包括：

對次用戶發(fā)送端和主用戶接收端之間的信道進行估計，獲得次用戶對主用戶干擾信道信息；

根據(jù)主用戶的干擾要求和次用戶的信息速率要求選擇合適天線并進行編碼,具體包括：根據(jù)主用戶的干擾要求和次用戶的信息速率要求結合干擾信道信息選出合適的天線數(shù)目n。在選出的n根天線上進行空間調制。由于空間調制的天線序號信息與信號調制信息獨立，本發(fā)明只考慮天線序號和天線對應信息的關系。

假設次用戶天線個數(shù)為n，以基本信息碼元[01]為基礎，其中一個信息碼元末尾加0和加1代替原信息碼元，生成比原映射方案多一個信息碼元的編碼方案。下一個信息碼元也如法炮制，如此幾次，最終生成含n個信息碼元的編碼方案。由于生成編碼方案中各碼元的碼長不固定，因此，我們稱本發(fā)明提出的方案為基于天線選擇和天線變長編碼的干擾消除方案。

由于生成的編碼方案有很多，本發(fā)明針對塊衰落信道中，根據(jù)主用戶對次用戶的干擾限制、次用戶信息速率要求提出了變長碼方案選擇方法。滿足干擾限制條件下，選擇信息量最大的方案。滿足次用戶傳輸速率條件下，選擇天線數(shù)目最小、干擾最小的方案。

附圖說明

圖1為時分雙工下的主用戶和次用戶。

圖2為主、次網(wǎng)絡工作的時隙圖。

圖3a為天線變長編碼示例圖(n＝7)；圖3b天線變長編碼示例圖(q0＝q1＝1/2，n＝7)。

圖4a天線數(shù)目與平均干擾的關系；圖4b天線數(shù)目與平均信息量的關系。系統(tǒng)設置：主用戶收端到次用戶發(fā)端的距離d＝30m，主用戶天線數(shù)目ap＝1，主用戶發(fā)端與次用戶收端之間的信道h′＝(h。，h。，…h(huán)n-1)，路徑損耗指數(shù)β＝3，信源發(fā)生0的概率q0＝0.5，發(fā)生1的概率q1＝0.5。

具體實施方式

本發(fā)明提出了基于信道估計技術、天線選擇技術和天線變長編碼空間調制技術的干擾消除方案，可降低次用戶對主用戶的干擾、提高次用戶天線利用率、消除空間調制對發(fā)送端的天線限制。為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步詳細描述。

假設主網(wǎng)絡工作在時分雙工(timedivisionduplexing,tdd)模式下，主系統(tǒng)與認知無線電系統(tǒng)之間的信道為塊衰落信道。如圖1，g＝(g0,g1,…,gn-1)為主用戶移動臺與次用戶發(fā)端的信道。h＝(h0,h1,...,hn-1)為次用戶與收端(次用戶安裝單天線為例)的信道，認知無線電系統(tǒng)發(fā)射端天線數(shù)目為n。

在主網(wǎng)絡上行時，次用戶發(fā)送端對g＝(g0，g1，…，gn-1)進行監(jiān)聽(如圖2)。根據(jù)次用戶和主用戶的協(xié)作程度可選擇使用不同的信道估計方法。使用訓練序列/導頻信號的非盲信道估計方法占用大量資源，并且要求收發(fā)端配合。而盲估計只根據(jù)接收到的信息估計信道特性，但算法復雜。也可以平衡兩種方法的優(yōu)缺點，使用較少導頻的半盲估計方法。

根據(jù)估計信道g＝(g0，g1，…，gn-1)特性，由信道對稱性可知，次用戶發(fā)端與主用戶移動臺的信道為g的轉置，即h＝g^h，按信道干擾大小對次用戶天線進行排序，再按照主用戶對干擾的忍受按序號選出若干干擾最小的次用戶天線。假設選出的天線數(shù)目為n，h'＝(h0,h1,…h(huán)n-1)。

根據(jù)選出的天線數(shù)目n生成相應的天線變長編碼方案。以n＝7的其中一種方案為例，如圖3a。以基本信息樣本[01]為基礎，其中一個信息樣本末尾加0和加1代替原信息樣本，生成3個信息樣本。再從中選一個信息樣本末尾加0和加1，生成4個信息樣本。重復幾次，最終生成7個信息樣本的映射方案。映射方案根據(jù)使用天線概率從大到小排序，天線序號根據(jù)每根天線對主用戶的干擾從小到大排序，使對主用戶干擾小的天線使用的概率最大。

根據(jù)映射方案，天線序號為i對應的信息碼長為mi，信源發(fā)生“1”的概率為q1、發(fā)生“0”的概率為q0，信息樣本中含“0”的個數(shù)為ai，天線使用概率pi(i＝1,2,3,…,n)在不考慮信號調制的情況下，平均每根天線映射的信息/平均每根天線攜帶的信息量為information、次用戶對主用戶的干擾期望值為interference。它們之間滿足以下條件：

這里以q0＝q1＝1/2，n＝7為例，表1列出可選天線數(shù)目為7,實選數(shù)目為7時的所有變長碼方案(概率結構相同的方案視為同種方案)，并給出了對應的干擾值、信息量的期望值。由表1可知，變長碼的編碼方案可隨著主用戶對次用戶的干擾要求和次用戶的信息速率要求靈活的選擇編碼方案。

圖4a-b給出了在天線數(shù)目一定情況下，傳統(tǒng)空間調制與變長碼在信息量和干擾的比較。虛線線是傳統(tǒng)空間調制，帶“·”線和帶“│”線分別是變長碼方案對應信息量最大和最小的方案。由圖可知，變長碼較傳統(tǒng)空間調制在信息速率和干擾的控制上自由度更大，隨著可選天線數(shù)目的增加，這種現(xiàn)象更明顯。變長碼方案通過增加使用天線數(shù)目來增加信息量的同時，不可避免的增加了干擾。在天線數(shù)目相同的情況下，其余的變長碼方案的平均信息量和干擾值都在綠線和藍線之間。相較于傳統(tǒng)空間調制，變長碼編碼能更靈活的選擇天線數(shù)目，在干擾敏感條件下，可選擇適當?shù)姆桨附档透蓴_，在干擾不敏感的條件下，可選擇適當方案提高信息速率。

圖4a-b中，帶“·”線方案盡可能的使每根天線的使用概率相當，因此獲得了n一定時的最大信息速率，然而，也帶來了最大的干擾。帶“│”線方案則相反，盡可能的是干擾大的天線使用概率最小，獲得了最小的干擾，同時也是n一定時信息量最小的方案。變長碼生成的方案眾多，顯然，帶“│”線方案都不是最佳選擇。為了更好的使用變長編碼方案，現(xiàn)提出兩種方案選擇方法。

1、已知主用戶對次用戶的干擾忍受度ith，當天線排序時，只選擇干擾小于ith的天線，假設為n。

此時應選擇信息量最大的生成方案。以q0＝q1＝1/2，n＝7為例，如圖3b。此時傳統(tǒng)的空間調制只能使用4根天線，信息量為2，而變長編碼是信息為2.75。

2、已知次用戶的信息速率要求時，選擇合適的方案使次用戶對主用戶的干擾最小。為降低收發(fā)端系統(tǒng)的復雜度同時避免大干擾值的出現(xiàn)，我們選擇盡可能小的天線數(shù)目。

例如，次用戶信息速率要求為2.6，log26＜2.6＜log27則選擇7根天線為最佳。

又因為所以在傳統(tǒng)的空間調制方案中選擇3個碼元生成新方案，如圖3b。

對應表1的第8種方案。此時，變長碼所產生的干擾為4.233。傳統(tǒng)空間調制必須使用8天線才能滿足速率要求，且干擾為8.248。

表1天線選擇方案與對應的信息量、干擾

表1系統(tǒng)設置：主用戶收端到次用戶發(fā)端的距離d＝30m，主用戶天線數(shù)目ap＝1，主用戶發(fā)端與次用戶收端之間的信道h′＝(h0，h1，…h(huán)n-1)，路徑損耗指數(shù)β＝3，q0＝q1＝0.5。