[发明专利]基于认知无线电的信道增益估计方法

说明书

技术领域

本发明属于认知无线电技术领域，具体涉及一种在认知无线电网络中为了实现主用户与认知用户共存，提高认知用户平均信道容量的信道增益估计方法。

背景技术

认知无线电（CR，Cognitive Radio）是一种在未来无线通信领域解决频谱资源稀缺的有效技术。如果认知用户（CU，Cognitive User）不会对主用户（PU，Primary User）造成干扰或者认知用户对主用户的干扰在主用户可接收的范围内，该技术允许认知用户接入某段已经分配给主用户的频谱，实现频谱共享，从而提高频谱利用率。认知用户可以通过两种方式接入目标频带，一种是机会式频谱接入（OSA，Opportunistic Spectrum Access）,另一种是频谱共享（SS，Spectrum Sharing）。在机会式频谱接入方式下，认知用户检测主用户的工作状态，如果主用户处于空闲状态，认知用户会接入目标频带；一旦检测到主用户处于工作状态，认知用户就会释放目标频带。因此在机会式频谱接入中，认知用户实际上利用了主用户在目标频带上使用空隙，这样认知用户和主用户可以在不是时间或者不同地点使用同一频带；但是在频谱共享方式中，如果认知用户对主用户造成的干扰低于主用户可接收的干扰门限，那么认知用户仍然可以和主用户在同一个地方同时使用目标频带。因此频谱共享方式相对于机会式接入方式能够利用更多的频谱机会。

在频谱共享方式中，信道状态信息（CSI,Channel State Information）是实现认知用户与主用户共存的关键。根据认知用户获得的信道状态信息，认知用户可以在不同限制条件下与主用户共存，从而达到不同的信道容量。图1是一个典型的认知用户与主用户共存系统模型，这个模型考虑了两个认知用户和两个主用户，其中，PU₁和PU₂表示两个主用户，CU₁和CU₂表示两个认知用户，h_pp表示两个主用户PU₁和PU₂之间的信道，h_cc表示两个认知用户CU₁和CU₂之间信道，h_cp表示认知用户CU₁到主用户PU₂之间的信道，h_pc表示主用户PU₁到认知用户CU₂之间的信道。

从信息论的角度出发，在知道所有信道状态信息的情况下，认知用户的发射功率只受限于对主用户的干扰（IC，Interference Control），这时认知用户可以达到最大信道容量。但是在认知无线电系统中信道状态信息的估计是很具有挑战性的，因为在实际认知无线电系统中，主用户不愿意甚至不能够与认知用户进行信息交换。在图1中，尽管认知用户可以直接获得认知信道h_cc的信道状态信息，但是获得其它信道状态信息是非常困难的。如果要获得交叉信道h_pc的信道状态信息，那么认知用户需要获得主用户的训练序列；如果要获得另外一个交叉信道h_cp的信道状态信息，那么主用户需要获得认知用户的训练序列，而在实际系统中，这些条件显然是不可能满足的，而且对于主用户信道h_pp，由于只有主用户才能够对其进行估计，因此如果要获得h_pp的信道状态信息，该系统需要建立一条主用户与认知用户之间的反馈链路，主用户将h_pp的信道状态信息通过反馈链路反馈给认知用户，如果没有反馈链路，认知用户几乎不可能获得h_pp的信道状态信息。可见在认知无线电系统中，对两个交叉信道h_pc、h_cp，以及主用户信道h_pp的估计成为了实现主用户与认知用户共存的瓶颈，其中对主用户信道h_pp状态信息的获取最困难。