一種感知無線電系統(tǒng)中利用多天線的高效通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信及信號處理領(lǐng)域，且特別涉及一種感知無線電系統(tǒng)中利用多天線 的高效通信方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 認(rèn)知無線電技術(shù)是近年來發(fā)展很快的一種有效利用頻譜資源的技術(shù)，在認(rèn)知無線 電中授權(quán)用戶獲得了對某一頻譜的合法使用權(quán)，但是授權(quán)用戶并不是一直在使用該頻譜資 源，當(dāng)授權(quán)用戶空閑時感知用戶可以檢測到空閑時間和其他用戶利用該頻譜資源進(jìn)行通 信，這樣就可以使得授權(quán)用戶的頻譜可以得到充分的利用。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中提供了基于能量的頻譜檢測法、基于循環(huán)譜的檢測法和基于 Anderson-Darling檢測法，這些方法的基本原理都是利用感知用戶測得的信息從參數(shù)或頻 譜的特性出發(fā)判定授權(quán)用戶是否在使用授權(quán)的頻譜，如果空閑的話感知用戶就可以和其他 用戶間進(jìn)行通信。而要進(jìn)行這樣的判斷就需要處理大量的數(shù)據(jù)，算法相對的復(fù)雜運(yùn)算時間 較長；而且這種方法還有一個限制就是只能在授權(quán)用戶空閑的時候感知用戶才能獲得與其 他用戶通信的機(jī)會，否則會對授權(quán)用戶形成干擾，這是不被允許的。
[0004] 在現(xiàn)有的方法中感知用戶使用的是單天線，感知用戶能否使用授權(quán)用戶的頻譜進(jìn) 行通信需要完成對授權(quán)用戶頻譜的檢測，需要使用頻譜感知的相應(yīng)算法。而這些算法比較 復(fù)雜且需要進(jìn)行較長時間的計算。
[0005] 現(xiàn)有的方法中感知用戶只能在授權(quán)用戶使用頻譜的空隙才能通信，在授權(quán)用戶通 信期間是無法使用和授權(quán)用戶相同的頻譜的，這就對感知用戶的通信時段造成了很大的限 制和不確定性。
[0006] 感知用戶通信的過程中必然會對其他的授權(quán)用戶造成干擾，因此在通信的過程中 要考慮一定功率控制策略，因此在通信的過程中就要進(jìn)行反復(fù)的調(diào)整以使得對其他授權(quán)用 戶的干擾可以降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提出一種感知無線電系統(tǒng)中利用多天線的高效通信方法，能夠有效的利用 頻譜資源和提高感知用戶的通信質(zhì)量。
[0008] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種感知無線電系統(tǒng)中利用多天線的高效通信方 法，包括下列步驟：
[0009] 感知用戶利用多天線判定授權(quán)用戶方位；
[0010] 在授權(quán)用戶方位上判斷授權(quán)用戶的通信情況；
[0011] 在已知的待通信用戶的方位上利用多天線形成波束對待通信用戶進(jìn)行通信。
[0012] 進(jìn)一步的，該方法還包括在授權(quán)用戶的方位上形成零陷點(diǎn)，降低對授權(quán)用戶的干 擾。
[0013] 進(jìn)一步的，該方法還包括調(diào)整發(fā)射的功率在保證可靠通信的同時降低對其他用戶 的干擾。
[0014] 進(jìn)一步的，所述感知用戶的天線數(shù)量為大于等于4個。
[0015] 進(jìn)一步的，所述感知用戶的多天線采用智能天線。
[0016] 進(jìn)一步的，所述感知用戶利用多天線判定授權(quán)用戶方位采用如下方法：信號入射 到多天線時在每個天線上會有不同的路程差，從而接收的信號會在每個天線上有不同的空 間相位，獲取以上空間相位信息并進(jìn)行空域處理，從而獲得對入射信號的方位信息。
[0017] 進(jìn)一步的，所述入射信號的方位信息采用如下計算方法：
[0018] 假設(shè)在感知用戶端是用N個天線構(gòu)成的均勻線陣，陣元的間距為d，在頻率f時的 傳播系數(shù)為k，則當(dāng)信號以Θ角入射到天線陣時，在N個天線上由于天線間的間距對接收信 號會有各自不同的附加相位，N個天線上的附加相位可以寫成導(dǎo)向矢量的形式：
[0019] a= [1 ejkdsin0 - e j(n Dkd 51ηθ]Τ^
[0020] 則當(dāng)入射的信號為X(t)時，接收的到的信號可以表示為：
[0021] Y(t) =a(Θ)X(t)+n(t)+J(t)，
[0022] 其中的n(t)和J(t)分別是接收端的噪聲和干擾，感知用戶會對授權(quán)用 戶的頻譜有一定的預(yù)知信息，因此在判定授權(quán)用戶的方位時可以采用簡單的搜索 方式，即在接收端對接收到的各路信號乘以加權(quán)向量后相加，加權(quán)向量的形式為
其中的表示共輒運(yùn)算；加權(quán)相加后的信號r(t)為：
[0023]
[0024] 在搜索中只有當(dāng)爐時，加權(quán)后的信號正好是N個天線上接收信號的相干疊加會 得到最大值，此時對應(yīng)的夕就是授權(quán)用戶的入射角，即得到信號的入射角。
[0025] 本發(fā)明提出的感知無線電系統(tǒng)中利用多天線的高效通信方法，能夠有效的利用頻 譜資源和提高感知用戶的通信質(zhì)量。在本發(fā)明中感知用戶端使用了多天線技術(shù)，利用多天 線技術(shù)感知用戶可以測得授權(quán)用戶的方位信息，可以比較簡單的判斷授權(quán)用戶是否在通 信。而更重要的是感知用戶可以利用預(yù)知待通信用戶的方位信息，并以此可以利用多天線 的空域處理能力為待通信用戶形成特定的波束；在一般的情況下，當(dāng)待通信用戶和授權(quán)用 戶的空間方位差別較大時可以在授權(quán)用戶通信的同時也可以利用授權(quán)用戶的頻譜和待通 信用戶進(jìn)行通信，同時可以在授權(quán)用戶的方位上形成零點(diǎn)以避免對授權(quán)用戶造成干擾。這 樣就可以在有效利用頻譜資源的同時也使得通信的質(zhì)量得到了提高。
【附圖說明】
[0026]圖1所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的感知無線電系統(tǒng)中利用多天線的高效通信方法 流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 以下結(jié)合附圖給出本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明不限于以下的實(shí)施方式。根 據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡 化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用于方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0028] 請參考圖1，圖1所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的感知無線電系統(tǒng)中利用多天線的高 效通信方法流程圖。本發(fā)明提出的感知無線電系統(tǒng)中利用多天線的高效通信方法，包括下 列步驟：
[0029] 步驟S100 :感知用戶利用多天線判定授權(quán)用戶方位；
[0030] 步驟S200 :在授權(quán)用戶方位上判斷授權(quán)用戶的通信情況；
[0031] 步驟S300:在已知的待通信用戶的方位上利用多天線形成波束對待通信用戶進(jìn) 行通信。
[0032] 在感知用戶只有一個天線的情況下對授權(quán)用戶的判斷只能從頻譜的特征方面入 手來判斷授權(quán)用戶是否在工作，而當(dāng)感知用戶有多天線的情況下則可以利用空域處理技術(shù) 估計得到授權(quán)用戶的方位信息。在獲得授權(quán)用戶的方位信息后對特定頻譜上信號的判斷也 會相對的簡單，只需要判定有無授權(quán)用戶的信號即可；因為此時在該方位上，該頻段只有授 權(quán)用戶可能使用，判定的算法就可以簡單化。
[0033] 假設(shè)在感知用戶端設(shè)置了N個天線，對于接收到的信號由于處于遠(yuǎn)場區(qū)域可以認(rèn) 為是平面波，當(dāng)平面波以Θ角度入射到N個天線時在每個天線上會有不同的路程差，從而 接收的信號會在每個天線上有不同的空間相位。利用這些空間的相位信息就可以進(jìn)行空域 的處理，從而獲得對入射信號的方位信息的估計。從方位信息中可以基本確定接收的信號 是從哪個角度入射到N元天線陣的，對于感知用戶來說利用對接收到信號的方位的估計就 判定了授權(quán)用戶的來波方向，進(jìn)一步的可以利用多天線的空域處理能力只對該方位的接收 信號進(jìn)行處理來判定在設(shè)定的頻譜上授權(quán)用戶是否正在通信。當(dāng)已經(jīng)估計得到了授權(quán)用戶 的方位信息后，感知用戶可以只對授權(quán)用戶方位上接收的信號進(jìn)行分析和處理，而且針對 的是特定的頻譜，那么就可以簡化算法，只需簡單的判斷在固定的方位、固定的頻譜上有無 信號即可，使計算的復(fù)雜度大為降低。
[0034] 根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例，該方法還包括步驟S400 :在授權(quán)用戶的方位上形成零陷 點(diǎn)，降低對授權(quán)用戶的干擾。進(jìn)一步的，該方法還包括步驟S500:調(diào)整發(fā)射的功率在保證可 靠通信的同時降低對其他用戶的干擾。所述感知用戶的天線數(shù)量為大于等于4個，進(jìn)一步 的，所述感知用戶的多天線采用智能天線。
[0035] 所述感知用戶利用多天線判定授權(quán)用戶方位采用如下方法：信號入射到多天線時 在每個天線上會有不同的路程差，從而接收的信號會在每個天線上有不同的空間相位，獲 取以上空間相位信息并進(jìn)行空域處理，