[发明专利]一种大规模MIMO系统认知家庭网络接入方法

摘要

一种大规模MIMO系统认知家庭网络接入方法，属于无线通信的认知无线电技术领域。该系统包括1个授权宏单元基站、K个授权宏单元用户、S个认知家庭网络及对应的S个认知家庭基站、授权宏单元基站与用户间信道、认知家庭基站检测信道、认知家庭基站间信道。本发明首先根据认知家庭基站间信道状态信息将认知家庭基站进行动态分组，然后按照分组情况、认知家庭基站置信度及检测信道平均信噪比对检测结果进行加权，最后得到最终判决结果。本发明充分考虑了对宏单元影响较大的认知家庭基站的分布情况，同时有效利用了认知家庭基站检测结果的置信因素，能够在对宏单元吞吐量造成较低影响的前提下，提高频谱共享概率与认知家庭网络层的吞吐量。

主权项

一种大规模MIMO系统认知家庭网络接入方法，由以下系统实现，该系统包括1个授权宏单元基站、K个授权宏单元用户、S个认知家庭网络及对应的S个认知家庭基站、授权宏单元基站与用户间信道、认知家庭基站检测信道、认知家庭基站间信道，授权宏单元基站配置具有N个天线的等距圆环阵列，N远大于K，授权宏单元基站具备获取授权宏单元基站与用户间信道的信道状态信息的能力；授权宏单元用户配置单天线，且具备获取授权宏单元基站与用户间信道的信道状态信息的能力；认知家庭基站配置单天线，且具备获取认知家庭基站检测信道和认知家庭基站间信道的信道状态信息的能力；授权宏单元基站和授权宏单元用户间采用时分双工模式通信，含授权宏单元用户上行时隙与下行时隙共两个时隙，在授权宏单元用户上行时隙中，授权宏单元用户通过授权宏单元基站与用户间信道向授权宏单元基站发送信息，并通过认知家庭基站检测信道向各认知家庭基站广播信号；在授权宏单元用户下行时隙中，授权宏单元基站通过授权宏单元基站与用户间信道向授权宏单元用户发送信息，并通过认知家庭基站检测信道向各认知家庭基站广播信号；认知家庭基站具有更新置信因子与权重因子、进行融合判决的能力，首先，各认知家庭基站根据其认知家庭基站间信道信息进行动态分组，形成由各认知家庭基站及其协作检测认知家庭基站构成的分组，并初始化各自置信因子和权重因子；随后，各认知家庭基站在授权宏单元用户上行时隙与下行时隙分别进行能量检测，获得能量检测结果；然后各认知家庭基站根据分组情况向其分组内的协作检测认知家庭基站发送能量检测结果，并根据接收到的分组内协作检测认知家庭基站的信息更新置信因子和权重因子；最后，各认知家庭基站根据置信因子和权重因子将所有检测判决结果进行融合，得到最后的融合检测结果，并根据这一结果选择沉默或最佳方式接入网络，该方法的具体步骤如下：A、各认知家庭基站准备开始工作；B、各认知家庭基站分析与其他认知家庭基站间的认知家庭基站间信道状态，得到各认知家庭基站间信道误码率，随后将对应信道误码率与设定阈值δFC进行比较，并根据比较结果进行动态分组，对于第i个认知家庭基站，将其作为中心认知家庭基站，建立一个相应的协作检测认知家庭基站组，组内协作检测认知家庭基站数目记为Ni，Ni大于等于0，其分组方法具体如下：(1)将除第i个认知家庭基站外的所有认知家庭基站加入集合R内；(2)在R内选定一个认知家庭基站，记为j；(3)对j进行如下操作：计算第i与第j个认知家庭基站间的认知家庭基站间信道误码率其中表示服从瑞利衰落的第i与第j个认知家庭基站间的认知家庭基站间信道平均信噪比；(4)比较上一步得到的Pe,ij和设定阈值δFC的大小，若Pe,ij<δFC，则将该认知家庭基站划分到第i个认知家庭基站的协作检测认知家庭基站组内；否则，若Pe,ij≥δFC，则不划入组内；比较之后，从集合R中剔除j；(5)如果集合R不为空集，则回到步骤(2)继续进行分组；反之，则进入下一步；(6)计算Ni的值，分组结束；C、根据步骤B中动态分组情况，各中心认知家庭基站对其自身以及分组内协作检测认知家庭基站的置信因子和权重因子进行初始化；对于第i个认知家庭基站，初始化过程具体如下：(1)初始化第i个认知家庭基站对授权宏单元用户上行时隙进行检测的置信因子为：初始化其对授权宏单元用户下行时隙进行检测的置信因子为：(2)若Ni不为0，则进入下一步；反之，则初始化结束；(3)初始化第i个认知家庭基站分组内的协作检测认知家庭基站对授权宏单元用户上行时隙进行检测的置信因子为：j＝1，…，Ni；初始化其分组内的协作检测认知家庭基站对授权宏单元用户下行时隙进行检测的置信因子为：j＝1，…，Ni；(4)初始化第i个认知家庭基站分组内的协作检测认知家庭基站对授权宏单元用户上行时隙进行检测的权重因子为：j＝1，…，Ni；初始化其分组内的协作检测认知家庭基站对授权宏单元用户下行时隙进行检测的权重因子为：j＝1，…，Ni,初始化结束；D、授权宏单元用户上行时隙中，各中心认知家庭基站接收到来自于授权宏单元用户的信号后，分别进行本地频谱检测，得到授权宏单元用户上行时隙能量统计检测值，表示第i个中心认知家庭基站在相应检测时间内积累的能量检测值；E、授权宏单元用户下行时隙中，各中心认知家庭基站接收到来自于授权宏单元基站的信号后，分别进行本地频谱检测，得到授权宏单元用户下行时隙能量统计检测值，表示第i个中心认知家庭基站在相应检测时间内积累的能量检测值；F、根据步骤B中动态分组情况，第i个中心认知家庭基站向其分组内协作检测认知家庭基站发送和若某一中心认知家庭基站的Ni值为0，则跳至步骤H；若Ni值不为0则进入下一步；G、各中心认知家庭基站根据自身的能量检测值和分组内所有协作检测认知家庭基站的能量检测值更新置信因子和权重因子；对于第i个中心认知家庭基站，其在第n次检测后，置信因子和权重因子的更新方法具体如下：(1)接收其分组内第j个协作检测认知家庭基站的上行能量检测值及下行能量检测值，分别标记为及j＝1，…，Ni；(2)根据能量检测值计算等效置信概率，其中σZ为置信概率公式参数，其反映置信因子随能量检测值的变化程度，为上行检测低门限值，为下行检测低门限值：ⅰ.根据计算第i个中心认知家庭基站在第n次检测后上行检测的等效置信概率：根据计算第i个中心认知家庭基站在第n次检测后下行检测的等效置信概率：ⅱ.根据计算分组内第j个协作检测认知家庭基站在第n次检测后上行检测的等效置信概率：根据计算分组内第j个协作检测认知家庭基站在第n次检测后下行检测的等效置信概率：PZ,jDL(n)=1-12πσZexp(-(EjDL-δLDL)22σZ2);]]>(3)根据上一步得到的等效置信概率，按照如下方式更新置信因子，其中上行检测置信因子归一化因数为：下行检测置信因子归一化因数为：ⅰ.计算得到第i个中心认知家庭基站在第n次检测后上行检测的置信因子为：下行检测的置信因子为：ⅱ.计算得到分组内第j个协作检测认知家庭基站在第n次检测后上行检测的置信因子：下行检测的置信因子为：(4)根据组内各协作检测认知家庭基站的对应的检测信道平均信噪比分别计算检测概率：其中l为时间带宽积，k是迭代次数，k＝0，…，l‑2；(5)根据检测概率更新上行检测的权重因子：其中(6)根据组内各协作检测认知家庭基站的对应的检测信道平均信噪比分别计算检测概率：其中l为时间带宽积，k是迭代次数，k＝0，…，l‑2；(7)根据检测概率更新下行检测的权重因子：其中H、各中心认知家庭基站将能量检测值与设定的上行检测高门限值上行检测低门限值下行检测高门限值和下行检测低门限值进行比较得出本地检测判决结果，对于第i个中心认知家庭基站的能量检测值及本地检测判决结果判决方法具体如下：(1)比较与的大小；若则该认知家庭基站的判定结果为可接入网络；否则，若则该认知家庭基站的判定结果为不可接入网络，判定过程结束；(2)比较与的大小；若则该认知家庭基站的判定结果为可接入网络；否则，若则该认知家庭基站的判定结果为不可接入网络，判定过程结束；(3)比较与的大小；若则该认知家庭基站的判定结果为在授权宏单元用户上行时隙不可接入网络；若则该认知家庭基站的判定结果为在授权宏单元用户上行时隙可以接入网络；(4)比较与的大小；若则该认知家庭基站的判定结果为在授权宏单元用户下行时隙不可接入网络；若则该认知家庭基站的判定结果为在授权宏单元用户下行时隙可以接入网络；判定过程结束；I、各中心认知家庭基站根据步骤G中得到的置信因子和权重因子将步骤H中得到的所有检测判决结果进行融合，得到最后的融合检测结果，对于第i个中心认知家庭基站，其在第n次检测后的融合过程具体步骤如下：(1)比较第i个中心认知家庭基站当前对授权宏单元用户上行时隙进行检测得到的置信因子与初始置信因子的大小；若则跳至步骤(4)，否则，若则转入下一步；(2)第i个中心认知家庭基站采用“或”规则融合协作检测组内权重因子高的协作检测认知家庭基站的检测结果，产生融合协作检测判决结果；(3)第i个中心认知家庭基站对其自身检测结果与融合协作检测判决结果，通过“或”规则进行融合；(4)得出第i个中心认知家庭基站对授权宏单元用户上行时隙进行检测得到的最终融合判决结果，即是否可以在授权宏单元用户上行时隙接入网络，其对授权宏单元用户上行时隙进行融合判决过程结束；(5)比较第i个中心认知家庭基站当前对授权宏单元用户下行时隙进行检测的置信因子与初始置信因子的大小；若则跳至步骤(8)，否则转入下一步；(6)第i个中心认知家庭基站采用“或”规则融合协作检测组内权重因子高的协作检测认知家庭基站的检测结果，产生融合协作检测判决结果；(7)第i个中心认知家庭基站对其自身检测结果与融合协作检测判决结果，通过“或”规则进行融合；(8)得出第i个中心认知家庭基站对授权宏单元用户下行时隙进行检测的最终融合判决结果，即是否可以在授权宏单元用户下行时隙接入网络，其对授权宏单元用户下行时隙进行融合判决过程结束，这样全部融合判决过程结束；J、各中心认知家庭基站根据步骤I中得到的检测结果选择沉默或最佳方式接入大规模MIMO系统，对于第i个中心认知家庭基站，接入方式选择方法具体如下：(1)若第i个中心认知家庭基站在授权宏单元用户上行时隙和下行时隙均不可接入网络，则其不可接入网络，跳至步骤(6)；(2)若第i个中心认知家庭基站在授权宏单元用户上行时隙不可接入网络，且在授权宏单元用户下行时隙可以接入网络，则跳至步骤(5)；(3)若第i个中心认知家庭基站在授权宏单元用户下行时隙不可接入网络，且在授权宏单元用户上行时隙可以接入网络，则跳至步骤(5)；(4)若第i个中心认知家庭基站在授权宏单元用户上行时隙和下行时隙均可以接入网络，则其既可使用时分双工方式接入网络，也可使用反向时分双工方式接入网络；(5)对第i个中心认知家庭基站，比较及的大小，若则其选择反向时分双工方式接入网络；若则其选择时分双工方式接入网络；(6)接入方式选择过程结束。