專利名稱：無(wú)線認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中的自適應(yīng)隨機(jī)波束模式選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通信領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)線認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中的自適應(yīng)隨機(jī)波 束模式選擇方法。
背景技術(shù)：
隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，用戶對(duì)各類數(shù)據(jù)服務(wù)的要求越來(lái)越高，使得無(wú) 線頻譜資源的使用越發(fā)緊張，如何有效利用頻譜資源成為一個(gè)受到多方關(guān)注的
問(wèn)題。而聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)的報(bào)告表明，在大部分時(shí)間里，很多授權(quán)頻帶 并沒(méi)有在使用，基于此，F(xiàn)CC在2003年9月首次提出了可認(rèn)知無(wú)線電(Cognitive Radio, CR)這一技術(shù)，并于2004年11月發(fā)布了CR的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，把它作為 IEEE802.22無(wú)線區(qū)域接入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的一部分。CR系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵思想就是當(dāng)從 用戶感知到主用戶不在使用授權(quán)頻帶時(shí)，它就在這一頻帶上進(jìn)行通信，而一旦 主用戶開(kāi)始工作，從用戶必須在一定時(shí)間能離開(kāi)這一授權(quán)頻帶，并開(kāi)始感知其 他的未用授權(quán)頻帶，這樣可以有效的提高頻譜的利用率。
在CR技術(shù)的發(fā)展初期，研究人員都希望通過(guò)設(shè)計(jì)精準(zhǔn)的頻譜感知技術(shù)來(lái)提 高頻率空洞的被探測(cè)率。西安電子科技大學(xué)的劉勤等人提出的"認(rèn)知無(wú)線電中 頻譜空洞的探測(cè)方法"(專利申請(qǐng)?zhí)?00610043072.乂)中，給出了一種利用嚴(yán)格 干擾溫度限對(duì)滿足最佳估計(jì)條件的干擾溫度估計(jì)值進(jìn)行判決，得出該認(rèn)知無(wú)線 電系統(tǒng)使用頻帶內(nèi)的空洞可用性狀況的方案。但這種方案中，用于計(jì)算干擾溫 度限的公式中，有一個(gè)與具體頻譜估計(jì)法相關(guān)的比例因子，發(fā)明人并沒(méi)有給出 它與頻譜估計(jì)法的對(duì)應(yīng)關(guān)系，降低了該方案的實(shí)用價(jià)值，此外，頻譜估計(jì)的精 確度也會(huì)影響到該方案的性能。
近年來(lái)，把MMO的多天線技術(shù)與CR技術(shù)結(jié)合起來(lái)，能夠保證主用戶和 從用戶系統(tǒng)同時(shí)工作，成為研究的熱點(diǎn)。香港科技大學(xué)的KammaHamdi等人在 《Joint Beamforming and Scheduling in Cognitive Radio Networks》 一文中提出了 一種基于多用戶調(diào)度和迫零波束成型的方案，在兩個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)，能夠使得從 用戶對(duì)主用戶的干擾最小。但這種方案需要從用戶足夠多，并且它假設(shè)基站完 全知道主用戶和從用戶下行信道的信息，而這顯然是不實(shí)際的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述各方案中實(shí)用型低、算法復(fù)雜度偏高，不能 用于較少?gòu)挠脩魯?shù)或者從用戶信道相干性偏大的系統(tǒng)等問(wèn)題，提出一種無(wú)線認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中的自適應(yīng)隨機(jī)波束模式選擇方法。 包括如下步驟
1) 具備iV,根發(fā)送天線的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)基站感知主用戶信道狀態(tài)信息h^ ;
2) 認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)基站將機(jī)會(huì)式波束成型(OBF)模式和機(jī)會(huì)式空分多址 (OSDMA)模式的容量曲線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的發(fā)射信噪比作為門(mén)限值，自適應(yīng)地選擇
從用戶網(wǎng)絡(luò)的傳輸模式，當(dāng)發(fā)射信噪比大于此門(mén)限時(shí)，機(jī)會(huì)式波束成型的容量 大于機(jī)會(huì)式空分多址的容量，基站選擇機(jī)會(huì)式波束成型模式，反之則選擇機(jī)會(huì) 式空分多址模式；
3) 如果基站采用機(jī)會(huì)式波束成型模式，首先根據(jù)基于主用戶信道估計(jì)值、 的隨機(jī)單波束產(chǎn)生方法產(chǎn)生隨機(jī)波束，然后利用有限反饋單用戶選擇策略選擇 所要通信的對(duì)象；
4) 如果基站采用機(jī)會(huì)式空分多址模式，首先利用基于主用戶信道估計(jì)值、 的隨機(jī)多波束產(chǎn)生方法或基于主用戶信道估計(jì)值、 的Gmm-Schmidt正交化多 波束產(chǎn)生辦法產(chǎn)生多個(gè)正交波束，然后利用有限反饋多用戶調(diào)度策略選擇所要 通信的對(duì)象；
5) 在確定隨機(jī)波束模式后，基站利用產(chǎn)生好的波束和所選擇的對(duì)象進(jìn)行通信。
所述的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)基站感知主用戶信道狀態(tài)信息、 :可以是對(duì)多次感知得到 的主用戶信道信息估計(jì)值的平均，或者是利用過(guò)去感知得到的主用戶信道信息 來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前的信道信息，因此，基站端獲得的主用戶信道信息可以表示為 hre =h。+S，其中h。是主用戶信道信息的真實(shí)值，S是估計(jì)值與真實(shí)值之間的誤 差，它是一個(gè)均值為零、方差為"、的復(fù)高斯隨機(jī)矩陣，"值的大小表示了從用 戶基站感知到的主用戶信道信息的可靠程度。
所述的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)基站基于主用戶信道估計(jì)值、 的隨機(jī)單波束產(chǎn)生方法認(rèn) 知網(wǎng)絡(luò)基站獲得主用戶信道信息估計(jì)值h，后，在、 的零空間中隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè) 單位向量，將其作為機(jī)會(huì)式波束成型的隨機(jī)波束。
所述的機(jī)會(huì)式波束成型模式中的有限反饋單用戶選擇策略認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)基站 產(chǎn)生隨機(jī)波束后，向所有從用戶進(jìn)行廣播；從用戶計(jì)算出使用這個(gè)波束后的接 收信噪比，只有當(dāng)從用戶的接收信噪比大于某一門(mén)限時(shí)，才把它的信噪比反饋 給從用戶基站，否則用戶則不反饋信息；從用戶基站在所有反饋用戶中選擇接 收信噪比最大的一個(gè)用戶作為本次通信的對(duì)象。
所述的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)基站基于主用戶信道估計(jì)值h，的隨機(jī)多波束產(chǎn)生方法首先求出hre 的7Vf -1維正交補(bǔ)空間，然后在此補(bǔ)空間中隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)iV, x(iVf -1)的 半酉矩陣，將此半酉矩陣的iV,-l個(gè)列向量作為對(duì)應(yīng)的正交隨機(jī)波束。
所述的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)基站基于主用戶信道估計(jì)值h^的Gmm-Schmidt正交化多 波束產(chǎn)生方法首先求出h，的零空間，然后在這個(gè)零空間中隨機(jī)產(chǎn)生iV,-l個(gè)線 性無(wú)關(guān)的iV,維列向量，再把h^和這iV,-l個(gè)線性無(wú)關(guān)的向量進(jìn)行Gram-Schmidt 正交化得到^ -1正交隨機(jī)波束。
所述的機(jī)會(huì)式空分多址模式中的有限反饋多用戶調(diào)度策略從用戶基站產(chǎn) 生A^-1個(gè)正交波束后向從用戶網(wǎng)絡(luò)廣播；各從用戶計(jì)算每一個(gè)波束的接收信干 噪比，把信干噪比最大的一個(gè)作為所選擇的波束，只有當(dāng)從用戶在這個(gè)波束上 的信干噪比大于某一門(mén)限時(shí)，才把這個(gè)波束的序號(hào)和所對(duì)應(yīng)的信干噪比反饋給 從用戶基站，否則，從用戶不反饋任何信息；從用戶基站收到反饋信息后，按 照波束把從用戶分組，在每一組中選擇信干噪比最大的那個(gè)用戶作為使用這一 波束進(jìn)行通信的對(duì)象。
本發(fā)明具有的有益效果是利用多天線技術(shù)，支持從用戶系統(tǒng)和主用戶系 統(tǒng)在同一頻段和區(qū)域，同時(shí)進(jìn)行通信，提高了頻譜的利用率；在從用戶基站只 能獲得部分主用戶信道信息的前提下，能夠使得從用戶對(duì)主用戶的干擾達(dá)到最 小；采用自適應(yīng)的隨機(jī)波束模式選擇方法，無(wú)論在大發(fā)射信噪比或者小發(fā)射信 噪比時(shí)，都能使得系統(tǒng)容量達(dá)到最大；本發(fā)明設(shè)計(jì)的算法不受從用戶數(shù)量和它 們信道的相關(guān)性的影響，都能取得與沒(méi)有相關(guān)性時(shí)相同的性能。


圖l是系統(tǒng)整體框圖2是自適應(yīng)隨機(jī)波束模式選擇時(shí)，確定發(fā)射信噪比門(mén)限的示意圖3是從用戶網(wǎng)絡(luò)完全感知主用戶信道信息和感知誤差的方差為0.1且從用 戶網(wǎng)絡(luò)分別采用OBF和OSDMA模式時(shí)，主用戶的誤比特性能比較；
圖4是從用戶網(wǎng)絡(luò)完全感知主用戶信道信息和感知誤差的方差為0.1且從用 戶網(wǎng)絡(luò)分別采用OBF和OSDMA模式時(shí)，主用戶的容量比較；
圖5是主用戶網(wǎng)絡(luò)不工作(虛線)與工作(實(shí)線)，從用戶網(wǎng)絡(luò)發(fā)射信噪比 為0dB、 5dB和10dB， OBF模式隨著從用戶數(shù)增加時(shí)的容量變化；
圖6是主用戶網(wǎng)絡(luò)不工作(虛線)與工作(實(shí)線)，從用戶網(wǎng)絡(luò)發(fā)射信噪比 為0dB、 5dB和10dB， OSDMA模式隨著從用戶數(shù)增加時(shí)的容量變化。
具體實(shí)施例方式
無(wú)線認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中的自適應(yīng)隨機(jī)波束模式選擇方法包括如下步驟1) 具備iV,根發(fā)送天線的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)基站感知主用戶信道狀態(tài)信息h^ ;
2) 認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)基站將機(jī)會(huì)式波束成型模式和機(jī)會(huì)式空分多址模式的系統(tǒng)曲線 交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的發(fā)射信噪比作為門(mén)限值，自適應(yīng)地選擇從用戶網(wǎng)絡(luò)的傳輸模式，當(dāng) 發(fā)射信噪比大于此門(mén)限時(shí)，機(jī)會(huì)式波束成型的容量大于機(jī)會(huì)式空分多址的容量， 基站選擇機(jī)會(huì)式波束成型模式，反之則選擇機(jī)會(huì)式空分多址模式；
如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)由一個(gè)主用戶網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)從用戶網(wǎng)絡(luò)組成，但它們
相互獨(dú)立，其中主用戶網(wǎng)絡(luò)包含基站PBS和用戶PU，它們都是單天線的，而在 從用戶網(wǎng)絡(luò)中，包含基站CBS有^根天線，以及K個(gè)單天線用戶CU，且K iV,。 兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)共享同一頻帶，因此，主用戶PU接收到的從基站PBS發(fā)出的信號(hào)會(huì) 收到從用戶基站CBS所發(fā)信號(hào)的干擾，同樣從用戶CU接收到的從基站CBS發(fā) 出的信號(hào)也會(huì)收到從主用戶基站PBS發(fā)出信號(hào)的干擾。
令/^表示從用戶基站發(fā)射天線m到用戶k的接收天線間的準(zhǔn)靜態(tài)平穩(wěn)信 道，其中02"《，用戶0代表主用戶，這樣h「[H…/^,]表示從用戶基站 CBS到用戶k之間的信道，同樣，用&表示主用戶基站PBS到用戶k之間的信 道?；綜BS的發(fā)射功率為《，其在各天線間平均分配，這與最佳功率分配策 略的性能差別很小，基站PBS的發(fā)射功率為Pp，在給定CBS的發(fā)射波束 W二[w,w廣.Wf]后，其中w廣[v^，2…w^,]，從用戶和主用戶的接收信號(hào)為<formula>formula see original document page 7</formula> ( 2 )
其中&和z。分別是從用戶k和主用戶的接收噪聲，它們是零均值、方差分別為^
和《的復(fù)高斯隨機(jī)變量。^表示本次通信CBS選擇的從用戶集，它與隨機(jī)波束
成型模式有關(guān)，1《為1時(shí)，表示只選擇一個(gè)從用戶進(jìn)行通信，這時(shí)系統(tǒng)采用機(jī)
會(huì)式波束成型模式，而如果W等于iV,-l時(shí)，表示選擇iV,-l個(gè)從用戶同時(shí)進(jìn)行通 信，這時(shí)系統(tǒng)采用的是機(jī)會(huì)式空分多址模式，已經(jīng)有研究人員證明，W在取1 到W,-1之間的值式，獲得的容量肯定小于上述兩種模式之一，所以最佳的模式 是在這兩種模式之間進(jìn)行選擇。從而，可以得到主用戶的接收信干噪比為<formula>formula see original document page 7</formula>
由上式可知，假設(shè)發(fā)射功率和信道狀態(tài)都一定時(shí)，要取得最大的接收信干噪比 SINR。，當(dāng)且僅當(dāng)用戶集5的發(fā)射波束w」與h。正交，從用戶網(wǎng)絡(luò)對(duì)主用戶網(wǎng)絡(luò)不產(chǎn)生任何干擾，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)并行不悖的運(yùn)行，可以把它們看成兩個(gè)相互獨(dú)立、互 不干擾的網(wǎng)絡(luò)，這時(shí)，如果每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都達(dá)到最佳，整個(gè)系統(tǒng)也取得最佳的性能。
設(shè)計(jì)與h。正交的發(fā)射波束，CBS必須完全知道主用戶信道h。的信息，這在現(xiàn)有 的信道感知技術(shù)中是辦不到的，實(shí)際應(yīng)用中我們可以把多次感知獲得的主用戶 信道信息求平均，或者用過(guò)去時(shí)刻的主用戶信息來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前的主用戶信息，因 此，我們把認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)感知到的主用戶信道狀態(tài)信息h^建模為h。的一個(gè)函數(shù)
U。+S (4)
其中，s為主用戶信道估計(jì)值與實(shí)際值之間的誤差，建模為一個(gè)零均值、方差為 "、的復(fù)高斯隨機(jī)矩陣，"值的大小代表了誤差的大小，當(dāng)"=0時(shí)，表示CBS完 全知道主用戶信道信息，這時(shí)主用戶能夠取得最佳的誤碼率性能和容量，如圖3 和4所示。同時(shí)從圖中也可以看出，在給定"后，采用機(jī)會(huì)式隨機(jī)波束成型或者 機(jī)會(huì)式空分多址，對(duì)主用戶網(wǎng)絡(luò)性能的影響基本相同。
同樣的，我們可以得到從用戶的接收信干噪比
SINRi=--^——^ (5)
S |hfcw」"尸"尸》|2
風(fēng)乂d 、 〃
其中，^-《/《為CBS發(fā)射信噪比。給定PBC發(fā)射功率和各信道狀態(tài)，從用戶
接收信干噪比SINRk是CBS發(fā)射信噪比和隨機(jī)波束模式的函數(shù)，要最大化SINRk ，
可以歸結(jié)為下面的優(yōu)化問(wèn)題 max SINRk
l李l,2，…，iV,
上述優(yōu)化問(wèn)題的解為，當(dāng)p大于門(mén)限值y^時(shí)，p卜l，即系統(tǒng)采用機(jī)會(huì)式隨機(jī)波 束成型模式，選擇接收信干噪比最大的用戶作為本次通信的對(duì)象，可以取得最
大的系統(tǒng)容量；相反，如果^小于門(mén)限值/^,則|《=^，系統(tǒng)采用機(jī)會(huì)式空分
多址模式，波束分配給對(duì)應(yīng)接收信干噪比最大的用戶，這時(shí)可以取得最大的系 統(tǒng)容量。
CBS在進(jìn)行模式選擇時(shí)，只要把當(dāng)前發(fā)射信噪比與門(mén)限值/^進(jìn)行比較，因 此CBS需要知道p^。如圖2所示，系統(tǒng)容量是發(fā)射信噪比的函數(shù)，兩種模式的 容量相交于(Ant，Cj，當(dāng)p小于Pmt時(shí)，機(jī)會(huì)式空分多址模式的容量大于機(jī)會(huì)式隨 機(jī)波束成型模式的容量，相反，p大于^t時(shí)，機(jī)會(huì)式隨機(jī)波束成型模式的容量 大于機(jī)會(huì)式空分多址模式的容量，因此，我們把p,w作為模式選擇的門(mén)限/w。3) 如果基站采用機(jī)會(huì)式波束成型模式，首先根據(jù)基于主用戶信道估計(jì)值、" 的隨機(jī)單波束產(chǎn)生方法產(chǎn)生隨機(jī)波束，然后利用有限反饋單用戶選擇策略選擇 所要通信的對(duì)象；
4) 如果基站采用機(jī)會(huì)式空分多址模式，首先利用基于主用戶信道估計(jì)值h^ 的隨機(jī)多波束產(chǎn)生方法或基于主用戶信道估計(jì)值、 的Gram-Schmidt正交化多 波束產(chǎn)生辦法產(chǎn)生多個(gè)波束，然后利用有限反饋多用戶調(diào)度策略選擇所要通信 的對(duì)象；
5) 在確定隨機(jī)波束模式后，基站利用產(chǎn)生的波束和所選擇的對(duì)象進(jìn)行通信。 所述的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)基站基于主用戶信道的估計(jì)值、 的機(jī)會(huì)式波束成型的隨
機(jī)單波束產(chǎn)生方法認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)基站獲得主用戶信道信息估計(jì)值、 后，在、 的 零空間中隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)單位向量，將其作為機(jī)會(huì)式波束成型的隨機(jī)波束。
所述的機(jī)會(huì)式波束成型模式中的有限反饋單用戶選擇策略認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)基站 產(chǎn)生隨機(jī)波束后，向所有從用戶進(jìn)行廣播；從用戶計(jì)算出使用這個(gè)波束后的接 收信噪比，只有當(dāng)從用戶的接收信噪比大于某一門(mén)限時(shí)，才把它的信噪比反饋 給從用戶基站，否則用戶則不反饋信息；從用戶基站在所有反饋用戶中選擇接 收信噪比最大的一個(gè)用戶作為本次通信的對(duì)象。有限反饋單用戶選擇策略的具 體流程可表示如下
步驟l:反饋
(1) 初始化<formula>formula see original document page 9</formula>尤；
(2) For A; = l to K
5t=SINRk; If A〉SIN《
從用戶^把A反饋給CBS; End If End For 步驟2:選擇
(1) 初始化設(shè)*'=0和2:=0，得到反饋信息^;
<formula>formula see original document page 9</formula>
所述的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)基站根據(jù)對(duì)主用戶信道估計(jì)值、"的隨機(jī)多波束產(chǎn)生方法 首先求出、 的TV, -1維正交補(bǔ)空間，然后在此補(bǔ)空間中隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)iV, x(iV, -1)的半酉矩陣，將此半酉矩陣的iv,-i個(gè)列向量作為對(duì)應(yīng)的正交隨機(jī)波束。
所述的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)基站根據(jù)對(duì)主用戶信道估計(jì)值、 的Gram-Schmidt正交化 多波束產(chǎn)生方法首先求出h，的零空間，然后在這個(gè)零空間中隨機(jī)產(chǎn)生iV,-l個(gè) 線性無(wú)關(guān)的iV,維列向量，再把h，和這iV, -1個(gè)線性無(wú)關(guān)的向量進(jìn)行Gram-Schmidt
正交化得到M-l正交隨機(jī)波束。其具體流程可表示如下
(1) 初始化w。=h^/||hj2，產(chǎn)生w。的正交補(bǔ)空間CW','-');
(2) 在C^w'-')中產(chǎn)生iV,—i個(gè)線性不相關(guān)的7v,維向量v》^l，.』,-l);
(3) Forj=l to iV,-1
乂-1
,-=o
End For
所述的機(jī)會(huì)式空分多址模式中的有限反饋多用戶調(diào)度策略從用戶基站產(chǎn) 生A^-1個(gè)正交波束后向從用戶網(wǎng)絡(luò)廣播；各從用戶計(jì)算每一個(gè)波束的接收信干 噪比，把信干噪比最大的一個(gè)作為所選擇的波束，只有當(dāng)從用戶在這個(gè)波束上 的信干噪比大于某一門(mén)限時(shí)，才把這個(gè)波束的序號(hào)和所對(duì)應(yīng)的信干噪比反饋給 從用戶基站，否則，從用戶不反饋任何信息；從用戶基站收到反饋信息后，按 照波束把從用戶分組，在每一組中選擇信干噪比最大的那個(gè)用戶作為使用這一 波束進(jìn)行通信的對(duì)象。其具體流程可表示為
步驟l:反饋
(1) 初始化設(shè)^=0 for & = 1，...,《；
(2) For "1 to《
& =maxSINR
mG《
= arg max SINR
If A〉SIN《
從用戶*把&和^值反饋給CBS;
End If End For 步驟2:調(diào)度
(1) 初始化設(shè)《-O和:i,0 for w = l,...,iV,-l，得到反饋信息^和^;
(2) For "1 to尺
附=w4 ;
End For
(3) For w = l to M-l<formula>formula see original document page 11</formula>
通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真表明，本發(fā)明的自適應(yīng)的隨機(jī)波束模式選擇方法和系統(tǒng)能 夠在最小化對(duì)主用戶網(wǎng)絡(luò)干擾的前提下，最大化從用戶網(wǎng)絡(luò)的容量，從而顯著 提高系統(tǒng)的頻譜效率。
權(quán)利要求
1. 無(wú)線認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中的自適應(yīng)隨機(jī)波束模式選擇方法，其特征在于包括如下步驟1)具備Nt根發(fā)送天線的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)基站感知主用戶信道狀態(tài)信息hsen；2)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)基站將機(jī)會(huì)式波束成型模式和機(jī)會(huì)式空分多址模式的系統(tǒng)曲線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的發(fā)射信噪比作為門(mén)限值，自適應(yīng)地選擇從用戶網(wǎng)絡(luò)的傳輸模式，當(dāng)發(fā)射信噪比大于此門(mén)限時(shí)，機(jī)會(huì)式波束成型的容量大于機(jī)會(huì)式空分多址的容量，基站選擇機(jī)會(huì)式波束成型模式，反之則選擇機(jī)會(huì)式空分多址模式；3)如果基站采用機(jī)會(huì)式波束成型模式，首先根據(jù)基于主用戶信道估計(jì)值hsen的隨機(jī)單波束產(chǎn)生方法產(chǎn)生隨機(jī)波束，然后利用有限反饋單用戶選擇策略選擇所要通信的對(duì)象；4)如果基站采用機(jī)會(huì)式空分多址模式，首先利用基于主用戶信道估計(jì)值hsen的隨機(jī)多波束產(chǎn)生方法或基于主用戶信道估計(jì)值hsen的Gram-Schmidt正交化多波束產(chǎn)生辦法產(chǎn)生多個(gè)正交波束，然后利用有限反饋多用戶調(diào)度策略選擇所要通信的對(duì)象；5)在確定隨機(jī)波束模式后，基站利用產(chǎn)生好的波束和所選擇的對(duì)象進(jìn)行通信。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中的自適應(yīng)隨機(jī)波束模式選擇方法， 其特征在于所述的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)基站感知主用戶信道狀態(tài)信息、 :可以是對(duì)多次感 知得到的主用戶信道信息估計(jì)值的平均，或者是利用過(guò)去感知得到的主用戶信 道信息來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前的信道信息，因此，基站端獲得的主用戶信道信息可以表示 為h^-h。+S，其中h。是主用戶信道信息的真實(shí)值，S是估計(jì)值與真實(shí)值之間的 誤差，它是一個(gè)均值為零、方差為dw,的復(fù)高斯隨機(jī)矩陣，"值的大小表示了從 用戶基站感知到的主用戶信道信息的可靠程度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中的自適應(yīng)隨機(jī)波束模式選擇方法， 其特征在于所述的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)基站基于主用戶信道估計(jì)值h^的隨機(jī)單波束產(chǎn)生 方法認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)基站獲得主用戶信道信息估計(jì)值h，后，在、 的零空間中隨機(jī) 產(chǎn)生一個(gè)單位向量，將其作為機(jī)會(huì)式波束成型的隨機(jī)波束。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中的自適應(yīng)隨機(jī)波束模式選擇方法, 其特征在于所述的機(jī)會(huì)式波束成型模式中的有限反饋單用戶選擇策略認(rèn)知網(wǎng) 絡(luò)基站產(chǎn)生隨機(jī)波束后，向所有從用戶進(jìn)行廣播；從用戶計(jì)算出使用這個(gè)波束后的接收信噪比，只有當(dāng)從用戶的接收信噪比大于某一門(mén)限時(shí)，才把它的信噪 比反饋給從用戶基站，否則用戶則不反饋信息；從用戶基站在所有反饋用戶中 選擇接收信噪比最大的一個(gè)用戶作為本次通信的對(duì)象。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中的自適應(yīng)隨機(jī)波束模式選擇方法， 其特征在于所述的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)基站基于主用戶信道估計(jì)值、 的隨機(jī)多波束產(chǎn)生 方法首先求出h^的7V,-l維正交補(bǔ)空間，然后在此補(bǔ)空間中隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè) A^(M-1)的半酉矩陣，將此半酉矩陣的iV,-l個(gè)列向量作為對(duì)應(yīng)的正交隨機(jī)波 束。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中的自適應(yīng)隨機(jī)波束模式選擇方法， 其特征在于所述的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)基站基于主用戶信道估計(jì)值h，的Gram-Schmidt正 交化多波束產(chǎn)生方法首先求出h^的零空間，然后在這個(gè)零空間中隨機(jī)產(chǎn)生 A^-l個(gè)線性無(wú)關(guān)的iV,維列向量，再把h^和這iV,-l個(gè)線性無(wú)關(guān)的向量進(jìn)行 Gram-Schmidt正交化得到iV, -1正交隨機(jī)波束。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中自適應(yīng)的隨機(jī)波束模式選擇方法， 其特征在于所述的機(jī)會(huì)式空分多址模式中的有限反饋多用戶調(diào)度策略從用戶 基站產(chǎn)生M-l個(gè)正交波束后向從用戶網(wǎng)絡(luò)廣播；各從用戶計(jì)算每一個(gè)波束的接收信干噪比，把信干噪比最大的一個(gè)作為所選擇的波束，只有當(dāng)從用戶在這個(gè) 波束上的信干噪比大于某一門(mén)限時(shí)，才把這個(gè)波束的序號(hào)和所對(duì)應(yīng)的信干噪比反饋給從用戶基站，否則，從用戶不反饋任何信息；從用戶基站收到反饋信息 后，按照波束把從用戶分組，在每一組中選擇信干噪比最大的那個(gè)用戶作為使 用這一波束進(jìn)行通信的對(duì)象。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多天線無(wú)線認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中的自適應(yīng)隨機(jī)波束模式選擇方法。認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)基站根據(jù)一定的信噪比門(mén)限，在主用戶信道的零空間內(nèi)構(gòu)造隨機(jī)波束，利用機(jī)會(huì)式波束成型或機(jī)會(huì)式空分多址進(jìn)行傳輸。當(dāng)發(fā)射信噪比大于門(mén)限值時(shí)，認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)為用戶間干擾受限系統(tǒng)，基站選擇單波束的隨機(jī)波束成型模式，在從用戶中選擇接收信噪比最大的用戶作為本次的通信的對(duì)象；當(dāng)發(fā)射信噪比小于門(mén)限時(shí)，從用戶網(wǎng)絡(luò)為噪聲干擾受限系統(tǒng)，基站選擇多波束的機(jī)會(huì)式空分多址模式，在從用戶中選擇信噪比最大的幾個(gè)用戶作為通信對(duì)象，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)容量最大化。本發(fā)明為多天線無(wú)線認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)提高了一種可支持多種隨機(jī)波束模型的傳輸方案。
文檔編號(hào)H04L1/02GK101296011SQ200810061389
公開(kāi)日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2008年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月25日
發(fā)明者張建敏, 張朝陽(yáng), 維 杜, 王海洋, 陳曉明 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)