[发明专利]基于无速率码的认知无线电通信链路的建立和维护方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体涉及在认知无线电系统中，对认知用户收发两端进行通信链路初始化建立和通信链路维护的方法。

背景技术

频谱共享无线通信是未来无线通信技术发展的必然趋势和要求。它能够使得多个异构、具有不同体制或分属于不同运营商的通信系统可以动态和机会式地访问同一共享频段，实现频谱授权用户和/或非授权用户可靠、和谐地共存，从而有效解决可用无线频谱资源日益匮乏的迫切问题，同时显著提高现有频谱资源的利用效率。认知无线电系统就是一种实现频谱共享无线通信的技术手段。

认知无线电系统是一种智能频谱共享技术，它可以通过感知频谱环境、智能学习并实时调整其传输参数，实现频谱的再利用，提高频谱利用率。在认知无线电技术中，事先得到频谱授权的指定用户系统(也称主用户，Primary User)具有高的优先权接入频谱；而其它未得到授权的用户系统(也称次用户，Secondary User)只能在对主用户不造成干扰的情况下机会式接入可用频谱进行通信。这就要求次用户自己或在其它用户(例如某些中继转发用户)的帮助下具备一定的“认知能力”，即能够实时连续侦听频谱，以发现可用的“频谱空穴”(即主用户未占用的频谱)。具备认知能力的用户(可以是次用户，也可以是某些中继转发用户)称为“认知用户”。本质上讲，认知无线电系统就是为了实现多无线电(Multi-Radio)电磁环境下干扰受限的环境中的自适应通信。

认知无线电的一个突出的特点是，其链路所使用的频率和带宽并不是预先确定或固定不变的。由于没有预先可用的频率，因此其链路必须动态地建立。而且，由于无线通信系统中存在多径以及阴影衰落等因素的影响，加上认知用户的检测能力本身具有一定的限制，认知用户收发两端通过频谱感知所得到的信道状态信息包括干扰状态信息并不完全相同，由此可能会检测出不完全一致的可用频率和带宽，因而导致通信链路的建立通常比较困难。图1表示的是认知用户的发送端和接收端对频谱感知情况的示意图。假设系统共有5个频谱资源，用数字分别对其进行标号。假设用户发送端检测到1号和3号频谱资源已被占用，可用频谱资源为0号、2号和4号；而用户接收端检测到2号和3号频谱资源已被占用，可用频谱资源为0号、1号和4号。

因此，由于收发双方信道状态信息不完全相关且互不确知，若要在认知用户的收发两端之间建立并维护通信链路，收发两端只有通过适当的“谱图交换(Spectrum Exchange)”来得知对端而不仅仅是自身位置的干扰分布，才可完成建链过程并开始有效的传输。若是采用直接感知或估计对端频谱资源的方法，不仅过程复杂，还有可能引入额外的动态干扰。因此，在发送端不知道信道准确的状态信息情况下，要保证信息的可靠有效传输，往往需要ARQ(自动重传请求)。传统方法认知用户发送端一般采用固定码率的信道编码对发送信息进行保护，但由于认知用户所使用的频谱资源随时都可能被主用户占用，因此认知用户的传输信道是不被保护的，无法确定信道的丢包概率，即信道的即时容量不是固定不变的。一旦频谱遭到主用户导致信道容量小于传输的码率，接收端就无法保证正确译码，从而导致通信失败。此时，需要接收端发送反馈信息告知发送端调整发射参数重新进行编码传输。由于采用不同的编码方式，因此接收端之前接收到的编码往往无法与调整后的编码进行联合译码从而导致了之前的编码包几乎无法被利用而被丢弃，从而导致了信息的浪费。如若采用很低码率的信道编码来尽可能保证传输的可靠性，则同样会因为传递了过多的冗余信息而造成信道的浪费，而且即使采用一个低码率，也无法保证这个码率在认知无线电系统中一定可以可靠传输。另外，还有人提出设置一个公共控制信道用来传递认知用户间频谱感知情况以及反馈信息的方法，并假设这个公共控制信道的频谱是不受主用户干扰的。这种方法虽然可以保证信号的可靠传输，但它要求主用户不能占用公共控制信道的频谱，这本身违背了认知无线电系统中认知用户的活动不应对主用户造成影响的原则。而且只采用一个特定频率来传递，其通信势必要采用时分的方式来完成，效率也不会太高。

因此如何自适应的选择合适的码率进行传输，以适应不同的信道参数是认知无线通信链路所面临的一个关键难题。无速率码(rateless code)的自适应速率适配(Rate Adaption)能力为解决此问题提供了一种新思路，这正是本发明的主要动机。