在交叉信道增益估計(jì)中判斷認(rèn)知用戶所在區(qū)域的檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于移動(dòng)通信領(lǐng)域，尤其涉及移動(dòng)通信中的認(rèn)知無(wú)線電全雙工中繼領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在過(guò)去的十年中，認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)已被廣泛的研究，其中的頻譜共享技術(shù)成為未 來(lái)認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)的最熱門。在頻譜共享中，CT端到PR端的交叉信道增益估計(jì)是影響認(rèn) 知能力的重要因素。但是，對(duì)CT-PR的交叉信道增益估計(jì)仍然是一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的任 務(wù)。因?yàn)樵陬l分雙工（FDD)系統(tǒng)中，CT-PR交叉信道增益的估計(jì)只能是現(xiàn)有PR將其估計(jì)出 來(lái)，然后通過(guò)兩個(gè)系統(tǒng)間的回程鏈路將估計(jì)出的結(jié)果傳送給CT，但是在認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中， 這種回程鏈路通常是無(wú)效的；為了解決這一難題，有人提出來(lái)一種稱作主動(dòng)估計(jì)的方法，它 的交叉信道增益估計(jì)過(guò)程不需要回程鏈路，也不用PR發(fā)射反向功率。其原理是：CT首先通 過(guò)交叉信道發(fā)送一個(gè)干擾信號(hào)，從而導(dǎo)致PR接收的信號(hào)發(fā)生變化。由于PT-PR系統(tǒng)有閉環(huán) 功率控制（CLPC)，使得PT能根據(jù)PR端接收的信噪比不同，自動(dòng)的調(diào)節(jié)其發(fā)射功率，且該功 率變化附帶了 CT-PR交叉信道增益的信息。通過(guò)這種主動(dòng)估計(jì)方式，CT能根據(jù)檢測(cè)到的攜 帶交叉信道增益信息的PT發(fā)射功率變化估計(jì)出交叉信道增益值。但是這種辦法在實(shí)際系 統(tǒng)中很難執(zhí)行，因?yàn)樗鼈冃枰狢T發(fā)送干擾信息，從而無(wú)可避免的對(duì)PR產(chǎn)生了干擾。
[0003] 最近，有研究人員在主動(dòng)估計(jì)的方法中引入了全雙工中繼技術(shù)。由于CT扮演的是 全雙工中繼的角色，其對(duì)來(lái)自PT的發(fā)射信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)放大，然后發(fā)送給PR，從而對(duì)PR不會(huì) 產(chǎn)生干擾。這種方法巧妙地讓CT觸發(fā)了 CT-PR系統(tǒng)的CLPC。但是在該方法中，PR將直傳 和中繼鏈路的兩條信號(hào)視作理想信號(hào)，這就需要兩條路徑的到達(dá)時(shí)間差（TD0A)小于PR的 最大容許時(shí)延，這種情形成為小時(shí)延（STD)。但是，如果兩條路徑的TD0A大于或等于最大容 許時(shí)延，則PR將會(huì)視其中一條鏈路的信號(hào)（直傳鏈路或者中繼鏈路）作為理想信號(hào)，另一 路視作干擾，這種情形成為大時(shí)延（LID)。在實(shí)際場(chǎng)景下，我們根本不能保證PR接收信號(hào)的 時(shí)延在控制范圍內(nèi)，所以該問(wèn)題也成了交叉信道增益估計(jì)的瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出在交叉信道增益估計(jì)中判斷認(rèn)知用戶所在區(qū)域 的檢測(cè)方法。在本發(fā)明中，CT能在對(duì)PR段不造成干擾的前提下很精確地區(qū)分大小時(shí)延，即 對(duì)CT所在區(qū)域進(jìn)行判定。
[0005] 為了方便的描述本發(fā)明的內(nèi)容，首先對(duì)本發(fā)明所使用的術(shù)語(yǔ)和模型進(jìn)行介紹：
[0006] 定義1主基站（PT，Primary Transmitter):主系統(tǒng)中的信號(hào)發(fā)射端。
[0007] 定義2主用戶（PR, Primary User):主系統(tǒng)中的信號(hào)接收端。
[0008] 定義3認(rèn)知發(fā)射機(jī)（CT，CognitiveTransmitter):次級(jí)系統(tǒng)中具有認(rèn)知功能的信 號(hào)發(fā)射端。
[0009] 定義4信噪比（SNR，SignalNoiseRatio):信號(hào)功率與噪聲功率的比值。
[0010]定義5閉環(huán)功率控制（CLPC,ClosedLoopPowerControl):發(fā)射端根據(jù)接收端信 噪比的變化來(lái)調(diào)整自身的發(fā)射功率，從而保證接收端的接收質(zhì)量。
[0011] 定義6頻分雙工（FDD，F(xiàn)requency-Division-Duplex):上、下行通信分別采用同一 時(shí)隙的不同頻率信道進(jìn)行工作。
[0012] 定義7全雙工（FD，F(xiàn)ull-Duplex):上、下行通信分別采用相同頻率信道的相同時(shí) 隙進(jìn)行工作。
[0013] 定義8交叉信道增益（CCG，Cross-Channel Gain) :S-BS與M-UE之間的信道增益。
[0014] 定義9到達(dá)時(shí)間差（TDOA，Time Difference of Arrival):直傳鏈路信號(hào)和中繼 轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)到達(dá)PR端的時(shí)間差。
[0015] 定義10小時(shí)延（STD，Small time delay) :PR接收到的兩路信號(hào)時(shí)延很小，則將兩 路信號(hào)合并視作一路信號(hào)。
[0016] 定義11大時(shí)延（LTD，Largetimedelay) :PR接收到的兩路信號(hào)時(shí)延較大，貝lj選取 一路信號(hào)較強(qiáng)的視作理想信號(hào)，另一路視作干擾信號(hào)。
[0017] 本發(fā)明所使用的系統(tǒng)為：
[0018] 如圖1所示，
[0019] 系統(tǒng)有CLPC，PT與PR在某個(gè)頻段內(nèi)通信，PT位置固定，其覆蓋范圍R，則設(shè)圓心為 PT，半徑為R的圓為圓A。PR與PT的直線距離為L(zhǎng)，且PR位于以PT為圓心，R為半徑的圓 形范圍內(nèi)，則設(shè)圓心為PT，半徑為L(zhǎng)的圓為圓B。全雙工CT與PT的直線距離為r，且CT位 于以PT為圓心，R為半徑的圓形范圍內(nèi)。其中，PR與CT的直線距離為1，0. 035km < L彡R， 0? 035km < r彡R，1 > 0? 035km。PT、PR和CT之間的信道系數(shù)為鳥^= 0:山2，其中， PT-PR鏈路的信道系數(shù)為，PT-CT鏈路的信道系數(shù)為，CT-PR鏈路的信道系數(shù) 為hk為小尺度衰落系數(shù)，服從瑞利衰落，gk為大尺度衰落系數(shù)，其服從如下分布： PL(dB) = 128.1+37.61(^。((1)，€(^ d 彡 0.0351〇11，其中，(1為兩點(diǎn)之間的距離。
[0020] 假設(shè)PR端接收信號(hào)的容忍時(shí)延為，則可知PT與PR點(diǎn)的STD區(qū)域形成了一個(gè)以 PT，PR為焦點(diǎn)的橢圓，且橢圓端點(diǎn)距離其最近焦點(diǎn)的距離，其中，c為電磁波傳輸速 度，則橢圓外部即為L(zhǎng)ID區(qū)域，設(shè)焦點(diǎn)為PT，PR，橢圓端點(diǎn)距離其最近焦點(diǎn)的距離^^的橢 圓為橢圓C。
[0021] 所述圓B n橢圓C部分為區(qū)域I，所述圓B-(圓B n橢圓C)部分為區(qū)域III，所述 (圓A-圓B) n橢圓C部分為區(qū)域II，所述圓A-(區(qū)域1+區(qū)域11+區(qū)域III)部分為區(qū)域 IV。橢圓C邊界代表了最大容許時(shí)延的邊界。
[0022] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0023] 本發(fā)明首先下行鏈路傳輸中，下行鏈路傳輸中，PT采用自適應(yīng)調(diào)制方式向PR發(fā)送 數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)程中保持信噪比恒定，CT端監(jiān)聽來(lái)自PT端傳輸信號(hào)的SNR，對(duì)比PR的目 標(biāo)SNR，排除有干擾的區(qū)域即初步檢測(cè)認(rèn)知用戶區(qū)域，CT作為全雙工中繼，轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自PT端的 信號(hào)給PR，PR根據(jù)接收到的兩條鏈路信號(hào)給出新的SNR，觸發(fā)PT-PR的CLPC系統(tǒng)，PT的發(fā) 射功率會(huì)做出相應(yīng)的調(diào)整，CT根據(jù)接收到的新的PT信號(hào)獲得新的SNR，CT根據(jù)其開啟前后 的SNR大小變化檢測(cè)認(rèn)知用戶區(qū)域。
[0024] 本發(fā)明的原理：
[0025] 在不干擾PR的情況下對(duì)認(rèn)知用戶的所在區(qū)域進(jìn)行估計(jì)，如果CT對(duì)接收到的來(lái)自 PT主信號(hào)進(jìn)行中繼轉(zhuǎn)發(fā)，而不是對(duì)PR直接發(fā)干擾信號(hào)，則可避免對(duì)PR的干擾。CT在PT和 PR的通信過(guò)程中起到了全雙工中繼的作用：接收，放大，轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自PT的主信號(hào)。因此，PR端 可以接收到來(lái)自兩條鏈路的信號(hào)：PT端的直傳鏈路和CT端的中繼鏈路。如果CT設(shè)計(jì)合理， 這種方法可能會(huì)提高PR端SNR，降低PT發(fā)射功率。CT則可以利用PT與PR間的CLPC (閉 環(huán)功率控制）技術(shù)來(lái)檢測(cè)認(rèn)知用戶CT的所在區(qū)域。
[0026] 在交叉信道增益估計(jì)中判斷認(rèn)知用戶所在區(qū)域的檢測(cè)方法，包括如下步驟：
[0027] S1、下行鏈路傳輸中，PT采用自適應(yīng)調(diào)制方式向PR發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)程中保 持信噪比恒定，CT端監(jiān)聽來(lái)自PT端傳輸信號(hào)的SNR，對(duì)比PR的目標(biāo)SNR，排除有干擾的區(qū) 域即初步檢測(cè)認(rèn)知用戶區(qū)域，具體步驟如下：
[0028] Sll、PT采用自適應(yīng)調(diào)制方式，以初始發(fā)射功率p。向PR發(fā)送信號(hào)x(i，j)，發(fā)射過(guò) 程中保持信噪比&恒定，PR端接收到的信號(hào)表示為= ./) + ?,,(/，./)，其 中，E|x(?_,/)|2 =1，Ei[ j為求期望操作，i，j分別為樣本數(shù)和block數(shù)，np(i, j)為期望為 0,方差為0 2的復(fù)雜高斯白噪聲，PR的接收信噪比
g。為PT與 PR之間的信道增益；
[0029] S12、CT 接收到 PT 的信號(hào).v,,..(/,./) =./) + /?, (/,./)，則 CT 接收到的平均 信噪比為其中，
，gi為CT與PT之間的信道增益，nji, j)為 期望為〇,