用于认知无线电网络的方法和装置的制造方法
用于认知无线电网络的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明的实施例总体设及通信技术。更特别地，本发明的实施例设及用于认知无 线电网络的方法、装置、网络节点和计算机程序产品。
【背景技术】
[0002] 本部分介绍可W帮助促进对本发明的更好理解的方面。因此，本部分的陈述要在 该个角度上被阅读而不应被理解为对关于什么是现有技术或者什么不是现有技术的承认。
[0003] 认知无线电（CR)已经被认识为是用于改善频谱利用W及解决下一代无线通信中 的频谱稀缺问题的潜在技术。如果授权给主用户（PU)的频谱没有被该PU利用或者对该PU 的干扰低于给定水平，则CR网络中的次级用户（SU)被允许接入该频谱。
[0004] 当前，存在用于CR网络的S种主要的频谱接入方法；i)重叠式扣nderlay)或所 谓的频谱共享方案，其中只要PU的服务质量怕〇巧被保护，则SU被允许与该PU共存，ii) 机会式频谱接入，其中仅在PU被检测到空闲时SU可W接入主频带；W及iii)前两者的组 合，也即基于感知的频谱共享，其中SU首先感知频谱W确定该PU的状态（活动/空闲），并 且然后基于判定来选择其传输功率。
[0005] 基于SU的本地观测的现有频谱感知方案可W被分成匹配滤波器、能量检测、循环 平稳检测、小波检测和协方差检测。TaoQiijeifeiGao和Arumugam化1131131:113]1在2011 年 5 月的IE邸TRANSACTIONSONVEHICULARTECHNOLOGY中出版的名称为"Optimization ofCooperativeSpectrumSensinginCo即itiveRadio"中已经建议了一种用于CR中的 频谱感知的改进方法。在所建议的方法中，多个SU被设计用于相互协作W解决隐藏终端和 边界效应的问题，导致了协作频谱感知。为保持PU-T发射器（PU-Tx)的QoS化及保护其不 受有害干扰，W及SU处的功率放大器的非线性和长期功率预算，采用了SU处的峰值/平均 传输功率W及PU处的峰值/平均干扰功率的约束，其中得出最优功率分配W使次级可达到 的速率最大化，该次级可达到的速率用于由于实际需要导致的功率约束的不同组合。
【发明内容】
[0006] 发明人注意到在大多数现有工作中，一个重要的假设是主传输功率是不可改变的 W及恒定的，并且感知模型是常规的二进制假设测试模型。然而，在现代通信系统中，由于 不同信道信噪比（SNR),已经使用自适应功率分配W便提供恒定的速率。
[0007] 因此，在本领域中将期望提供用于对具有多个主传输功率的CR感知和/或功率分 配的技术方案。
[0008] 为了更好解决W上顾虑中的一个或多个，在本发明的第一方面，提供了一种用于 认知无线电（CR)网络的方法。该方法包括：从具有多个主传输功率的主节点接收信号序 列；基于该信号序列感知该主节点的状态；基于该主节点的状态和该信号序列识别主节点 的至少一个特征；W及基于该至少一个特征确定用于次级节点的至少一个传输参数。
[0009] 在一些实施例中，该至少一个特征包括主传输功率W及调制和编码方案（MC巧中 的至少一个。
[0010] 在一些实施例中，感知的步骤可W包括；计算该信号序列的累积能量；W及通过 将累积能量与预先定义的阔值比较来判定该主节点的存在。
[0011] 在一些实施例中，识别的步骤可W包括；定义与该多个主传输功率对应的多个子 空间；W及通过将该累积能量与该多个子空间的能量比较来估计该主节点正在使用该多个 主传输功率中的哪一个主传输功率。
[0012] 在一些实施例中，确定步骤可W包括；通过使用至少一个预先确定的准则来基于 该至少一个特征为该次级节点分配次级传输功率。该至少一个预先确定的准则可W包括W 下各项中的一项或多项：使该次级节点的平均可达到的速率最大化；在预先定义的功率下 的平均传输功率约束；W及在对该主节点的最大干扰下的平均干扰功率约束。
[0013] 在本发明的第二方面，提供一种装置来实施本发明的第一方面的方法的各种实施 例。特别地，提供用于认知无线电（CR)网络的装置。该装置包括港收单元，被配置用于从 具有多个主传输功率的主节点接收信号序列；感知单元，被配置用于基于该信号序列感知 该主节点的状态；识别单元，被配置用于基于该主节点的状态和该信号序列识别该主节点 的至少一个特征；W及确定单元，被配置用于基于该至少一个特征确定用于次级节点的至 少一个传输参数。
[0014] 在本发明的第=方面，提供一种次级节点，其包括至少一个处理器和包括计算机 程序代码的至少一个存储器。该存储器和计算机程序代码被配置来使得该装置执行本发明 的第一方面的方法的实施例。
[0015] 在本发明的第四方面，提供一种计算机程序产品，其包括其上存储有计算机可读 程序代码部分的至少一个计算机可读存储器介质。该计算机可读程序代码部分包括用于执 行本发明的第一方面的方法的实施例的程序代码指令。
[0016] 在本说明书中描述的主题的特定实施例可W被实施W便实现下面优势中的一个 或多个。
[0017] 采用本说明书中描述的技术的特定实施例，已经提出了方案用于其中PU利用多 个主传输功率传输的场景。所提出的方案更好地适宜于实际情况。
[0018] 当结合附图阅读时，根据特定实施例的W下描述，也将理解本发明的实施例的其 他特征和优势，附图通过示例图示了本发明的实施例的原理。
【附图说明】
[0019] 本发明的各种实施例的W上或其他方面、特征和益处将通过示例从W下详细说明 和附图中变得更完全明显，在附图中：
[0020] 图1示出用于认知无线电网络的示例系统模型；
[0021] 图2图示根据本发明的实施例的用于认知无线电网络的方法的流程图；
[0022] 图3是可W被配置来实践本发明的示例实施例的装置300的示意性框图拟及
[0023] 图4是适合于在实践本发明的示例实施例中使用的网络节点的示意性框图。
[0024] 在各种附图中相同附图标记和命名指示相同要素。
【具体实施方式】
[0025] 在下文中，将参考说明性实施例来描述本发明的原理和精神。应理解的是，所有该 些实施例仅被给出用于使本领域技术人员更好理解和进一步实践本发明，而不是用于限制 本发明的范围。例如，作为一个实施例的部分而图示或描述的特征可W与另一实施例一起 使用来产生另外的实施例。为了清晰，在本说明书中没有描述实际实施方式的所有特征。当 然应理解的是在该些实际实施例的开发中，应当指出很多特定于实施方式的判定来实现开 发者的特定目标，诸如符合系统有关的W及商业有关的约束，该约束会从一个实施例到另 一实施例而变化。而且，应理解的是该样的开发努力可能是复杂的和耗时的，但对于受益于 本公开的本领域普通技术人员不过是所承担的日常工作。
[0026] 现在将参考附图描述本公开的主题。仅出于解释的目的在附图中示意性地描绘各 种结构、系统和设备，并且W便使描述不被本领域技术人员公知的细节所掩盖。不过，附图 被包括W描述和解释所公开的主题的说明性示例。本文使用的词语和短语应当被理解和解 释为具有与相关领域技术人员对那些词语和短语的理解一致的含义。本文中术语或短语的 一贯使用不旨在于隐含该术语或短语的特殊定义，即不同于本领域技术人员所理解的普通 和通常含义的定义。就术语或短语旨在具有特殊含义、即不同于技术人员理解的含义来说， 该样的特殊定义将在说明书中W定义的方式来被明示地提出，该定义的方式直接地或明确 地提供用于该术语或短语的特殊定义。
[0027] 图1示出用于认知无线电网络的示例系统模型。如图1中所示，CR网络被考虑具 有一对主发 射器（PU-Tx)和接收器（PU-Rx)、W及在给定干扰约束下与主频带共享频谱的 一对次级发射器（SU-Tx)和接收器（SU-Rx)。令丫1，丫2，h和g分别表示从PU-Tx到SU-Tx 的瞬时信道功率增益、从PU-Tx到SU-Rx的瞬时信道功率增益、从SU-Tx到PU-Rx的瞬时信 道功率增益、W及从SU-Tx到SU-Rx的瞬时信道功率增益。信道增益被假定为各态历经的、 平稳的并且在SU处是已知的。实践中，SU可W被提供有PU的信道增益，或者SU可W通过 监测PU的训练符号来检测信道增益。
[0028] 图2图示根据本发明实施例的一种用于认知无线电网络的方法的流程图。图2的 方法可W在认知无线电网络的次级节点（即次级用户）处被执行。
[0029] 该方法开始于步骤S201并进行到步骤S202,其中SU从PU接收信号序列。在所考 虑的场景中，PU可WW多个主传输功率来传输。
[0030] 接着，在步骤S203处，SU基于信号序列感知PU的状态。PU的状态可W是存在或 不存在。在一个实施例中，基于能量检测来执行感知。本领域技术人员应当理解可W使用 其他技术来感知PU的状态。
[0031] 在步骤S204处，SU基于所感知的PU的状态和信号序列来识别PU的至少一个特 征。该至少一个特征可W包括主传输功率W及调制和编码方案（MC巧中的至少一个。当然， 如果需要也可W识别与PU的传输参数有关的其他特征。
[0032] 接着，在步骤S205处，SU可W基于PU的该至少一个特征来确定用于其自身的至 少一个传输参数。在一个实施例中，如果传输参数是传输功率，则该确定可W包括通过使用 至少一个预先确定的准则来基于PU的该至少一个特征（例如主传输功率）为SU分配次级 传输功率。该至少一个预先确定的准则可W包括W下各项中的一项或多项：使SU的平均可 达到的速率最大化；在预先定义的功率下的平均传输功率约束；W及在对主节点的最大干 扰下的平均干扰功率约束。
[0033] 最后，SU可W使用所确定的（多个）传输参数用于通信，并且该方法在步骤S206 处结束。
[0034] 下面将详细描述频谱感知和特征识别。基于似然比（1化elihoodratio)来得出 最优的感知规则，该显示该规则与能量检测规则等同。作为示例，该特征是主传输功率。基 于最优检测理论，最优主传输功率被估计并且总的检测概率被得出。然后，针对其中PUW 多个主传输功率传输的情况，提出了多级功率分配策略，W及特别地，一个次级传输功率取 决于一个主传输功率。
[00巧]在步骤S202处在第j个样本处接收的信号被建模为：
[0036]
[0037] 其中H。和Hi分别表示PU-Tx不存在或存在的假设；Pp，i,i=1，一N是满足 〇<Pp,i<Pp,w，Vi的主离散传输功率；Sj是从PU-Tx传输的第j个符号，sj.被假设为遵照具有 零均值和单位方差的高斯分布，即Sj.~N(0,1);并且nj.是假设对于所有情况遵照N(0,N。） 的加性噪声。假设Sj.和rij.相互独立。
[003引在一个实施例中，在步骤S203处，感知可W包括计算所接收的信号序列的累积能 量。使用样本的累积接收能量的检测统计y可W被写为
[0039]
[0040] 其中M是一帖中在SU-Tx处接收的样本的总数量。因此在&、Pp，i和Hi条件下的 y的概率密度函数（pdf)分别给出为：
[0044] 其中r(.)表示伽马函数，Pr(Pp,i)表示PUW功率Pp,i传输的先验概率，该概率满 盾
Pr(H。）和PHHi)是分别为PU空闲和忙的概率。
[0045] 使用似然比测试的最优检测器可W被写为：
[0046]
[0047]因此，步骤S203的感知可W进一步包括通过将累积的能量与预先定义的阔值比 较来判定PU的存在。
[004引由于L(y)是y的严格递增函数，其中n是判定阔值的硬判定规则
等价 3其中0是新的等价阔值。因此最优检测器是能量检测器。
；)
[0049]然后，虚警（falsealarm)和误（false)检测的概率可W被计算为
[0053] 其中丫（.）是低阶不完整伽马函数。
[0054] 频谱感知的一个重要任务是检测PU的状态（空闲或忙，即不存在或存在）。然而， 在多个主传输功率的情况下，估计可W被用于判定SU的传输功率和保护主传输的主传输 功率也意义重大。
[00巧]因此，在其中该至少一个特征是PU的主传输功率的一个实施例中，步骤S204的识 别可W进一步包括定义与多个主传输功率相对应的多个子空间，W及通过将累积能量与多 个子空间的能量比较来估计PU正在使用多个主传输功率的哪个主传输功率。
[0056] 该是一种典型的多假设测试问题，并且判定规则是
[0057]如果.
（9 )
[005引成立，则判定是Pp,i。将
和（4)代入巧），我们得 到针对Phi的判定空间为
[006引注意，在（10)中，如果Pr(Pp,i)很小，则
更大，并 且针对PHPp，i)的判定空间变为空。令^i，i=1，......K+1为断点化reakpoint)，而01， i= 1，……K为在间隔[A1，Aw)中的对应的功率估计。显然，我们有K《N。定义入1 =0并且入^= + -^贝>]主传输功率的估计可^写为鳥=或如果7G[入1，入^)，i= 1，...，K (12)
[0063]问题转变为怎样决定最优的Ai和P1。W下引理被用于解决该问题。
[0064]引理1;对于任意常量yi和y2,如果7々2,i<kW及f(Pp,i|yi)<f(Pp,klyi)，则我 们有f(Pp,Jy2) <f〇Uly2)。
[00财证明；首先，我们有[0066]
[0067]和
由于i<k，因此 Pp,i<Pp,k成立。与f(Pp,Jyi) <f(Pp,klyi) 一起，根据（13)，我们得到f(Pp,Jy2) <f(Pp,kly2) 成立。
[006引从（11)推断，（1化，^表示^口。,^7=^?。,1|7)的点7。与引理1一起，我们可 ^如下得到^1和0 1的最优解。首先，在点7 = 0处，计算^口。,，|0)，1^￡[1，闲，选择由
表示的最大值，并且设定0i=Ppj。当i=N时，迭代停止。该算 法的细节如表1。
[0069]表1
[0070]
[0071] 特别地，对于Pr巧.,?）=Pi?巧的情况，首先我们有
[0072]
[0073] 我们可W容易地证明，Vx>0, ^雌+对<!成立，而Vx<0，非唯+对>1成 立。因此，如果k〉i，则成么并且d(ka)是Pp,k的递增函数，否则，d(ka)是Pp,k的 递减函数。然后对于该样的情况，（10)可W进一步写为
[0074] S(Pp,i) = {y|d(i-l, i) < y < d(i+l, i)} (15)
[007引并且人j= d(j-l，;0，0 j= Pp,j。
[0076] 主传输功率估计的性能被分析如下。首先我们有
[0077]
[0078] 然后总的检测概率可W写为
[0079] (17)
[0080] 在步骤S205处已经估计了PU的主传输功率，即识别PU的传输功率的特征时，SU 可W基于PU的所识别的特征来确定其传输参数。
[0081] 在常规的功率分配方案中，对于恒定的主传输功率的情况，SU-Tx将基于在感知 时 隙期间所做的判定来调整其传输功率。当PU被感知为不存在时，SU-Tx将W较高功率传输， 否则，W较低功率传输W便减少对PU所引起的干扰。
[0082] 在其中PUW多个主传输功率传输的本发明的实施例中，对于PU的主传输功率的 给定估计，SU将使用一个特定的次级传输功率。换言之，提出了多级的功率分配。特别地， 如果PU被感知为不存在H。，则SU-Tx将W功率P,，冰传输，否则如果PU被感知为W传输功 率存在，则SU-Tx将W功率来传输。通过使用至少一个预先确定的准则可W基于所 估计/识别的主传输功率来分配次级传输功率。
[0083] 该至少一个预先确定的准则可W包括W下各项的一项或多项：使SU的平均可达 到的速率最大化；在预先定义的功率下的平均次级传输功率约束；W及在对PU的最大干扰 下的平均干扰功率约束。下面将描述用于确定最优的次级传输功率的一个示例。
[0084] 由于频谱感知技术的限制，PU可能会被错误地检测到或虚警可能会出现。注意， PU不存在的情况等于PUW功率0传输。定义Pp，〇= 0为PU不存在的情况。接着，SU的瞬 时传输速率由下式给出
[0085]
[0086] 其中第一个指标（index)意思是真实的状态，而第二个指标意思是判定结果，而i =0，……，N，j= 0，……N。下标0意思是PU不存在的状态，因此Pp，a= 0并且Pr(Pp，。） =Pr化）。
[0087] 因此，SU的平均可达到的速率可W被建模为
[0088]
[0089] 在参数Pw下的平均次级传输功率约束可W写为
[0090]
[00川在Hi下SU对PU产生干扰，其中主传输功率是Pp，i，i= 1，…，N并且SUWP,，J,j=0，……，N集合中的任意功率传输。因此在最大干扰Iw下的平均干扰功率约束被建模 为
[0092]
[0093] 在上面所讨论的约束下，使SU的可达到的传输速率最大化的最优化问题可W公 式化为
[0096] W下引理将被使用。
[0097] 引理2 ;在（2〇)和剧）的约束下问题（蝴相对于传输功率Ps，j是凸性的。
[0098] 证明：该证明是平常的，因为
[0099]
U 并且约束（20)和（21)都是P,,斯线性函数，因此问题（22)关于是凸性的。
[0100] 首先，我们可W参考约束（20)和（21)下的问题（22)，构建拉格朗日L化，j.，a，iO 为
[0101]
[0102] 其中a，y> 0是对应于（20)和（21)的双重变量。
[010引接着，我们可W构建拉格朗日双重优化问题为
[0104]
[0105] 采用引理2,我们可w推断问题（24)的最优值等于问题（22)。因此我们可w解决 双重优化问题（24)而不是解决（22)。从（24)，我们必须获得L(P,,j.，a，iO的上确界。为 找到最优Psj，我们取L(Ps,j.，a，iO相对于Ps,斯导数，其可W获得为
[0106]
[0107] 从（25)，我们可W看到是Ps,j的递减函数。因此如果有唯一的誘满 足
即如果
[010引
，则对于给定a和y，最优功率分配是否则Pw.= 0。
[0109] 接着需要找到拉格朗日乘数a和y的最优值来获得最优的功率分配策略Psj.。 该里使用基于次梯度的方法来找到最优解，其中次梯度由W下命题来给出，例如，楠圆体方 法和牛顿方法。
[0110] 命题1 ;拉格朗日双重函数g(a，iO的次梯度是[C，D]，其中
[0113] 是对于固定a和y的最优功率分配。
[0114] 证明；将忌>0和巧30表示为双重函数g(a，iO的可行值，并且避J是对应的最 优功率分配。证明命题1等于证明露巧，巧 > 各批，片）+ (防，巧]-[A/iMGDf对于任意 S和？成立。因此，我们有
[011引
[0116] 已经确定了SU的（多个）传输参数（例如次级传输功率），则SU可所确定的 (多个）传输参数来通信。
[0117] 仿真结果显示当最大干扰Iw低时，所提出的方案的性能比常规方案更好一点。然 而，当最大干扰Iw大时，所提出的方案的性能显著地优于常规方案。仿真结果也显示在实 际系统中，SU应当首先检测主信号并识别PU的（多个）特征，然后分配归因于所识别特征 的不同的传输功率或由于调制和编码方案（MC巧。通过该个，SU可W保护主传输并改善其 可达到的速率。本领域技术人员应当理解，所提出的方案可W被扩展到其中SU能够检测PU 的特征并且决定其自身的传输参数W保护PU的QoS并改善其吞吐量的其他情况。例如，SU 可W检测PU的操作频率、调制和编码方案、和/或主传输功率，并且然后决定其自身的传输 参数。所提出的方案可W被用在其中多个通信系统共存的环境中，W便减少用户中的干扰。 例如，毫微微小区可W检测LTE系统并决定其合适的传输参数。
[0118] 图3是可W被配置来实践根据本发明实施例的示例性实施例的装置300的示意性 框图。该装置300可W并入CR网络中的次级节点中，并且被配置为执行如参考图2所图示 的本发明的示例性实施例的方法。
[0119] 如图3中所示，装置300可W包括接收单元310、感知单元320、识别单元330和确 定单元340。
[0120] 接收单元310被配置为从PU接收信号序列。例如，接收单元310可W在具有感知 时隙的帖内接收M符号。在所考虑的场景中，PU可多个主传输功率传输。
[0121] 感知单元320被配置基于所接收的信号序列来感知PU的状态。PU的状态可W是 存在或不存在。在一个实施例中，基于能量检测来执行感知。在该样的实施例中，感知单元 320进一步包括计算单元321和判定单元322。计算单元321被配置为计算所接收信号序 列的累积能量，如公式（2)中所示。判定单元322被配置为通过将所累积的能量与预先定 义的阔值比较来判定PU的存在，如参考公式（6)所描述的。
[0122] 识别单元330被配置为基于所感知的PU的状态和信号序列来识别PU的至少一个 特征。该至少一个特征可W包括主传输功率和调制和编码方案（MC巧中的至少一个。当然， 如果需要可W识别与PU的传输参数有关的其它特征，例如PU的操作频率、PU的通信协议 等。
[0123] 在其中PU的特征是主传输功率的一个实施例中，识别单元330可W进一步包括定 义单元330和估计单元332。定义单元331被配置为定义与多个主传输功率对应的多个子 空间，如公式（10)所描述的。估计单元332被配置为通过将累积能量与多个子空间的能量 比较来估计PU正在使用多个主传输功率的哪个主传输功率。
[0124] 确定单元340被配置为基于PU的至少一个特征来确定用于SU的至少一个传输参 数。在一个实施例中，该至少一个传输参数是SU的次级传输功率。接着，确定单元340可 W进一步包括分配单元341，其被配置为通过使用至少一个预先确定的准则基于所估计的 PU的主传输功率来为SU分配次级传输功率。
[0125] 对于PU的主传输功率的给定估计，一个特定的次级传输功率将被分配到SU。
[0126] 该至少一个预先确定的准则可W包括W下各项中的一项或多项：使SU的平均可 达到的速率最大化；在预先定义的功率下的平均次级传输功率约束；W及在对主节点的最 大干扰下的平均干扰功率约束。
[0127] 然后，SU可W使用所确定的传输参数用于通信。
[012引应理解的是，包含在装置300中的单元被配置用于实践本发明的示例性实施例。 因此，关于图2的W上描述的操作和特征也 适用于装置300和其内的单元，并且该里省略它 们的详细描述。
[0129] 图4图示了适合于在实践本发明的示例性实施例中使用的CR网络中的网络节点 400(例如次级节点）的简化框图。
[0130] 如图4中所示，网络节点400包括数据处理器值巧401、禪合到DP 401的存储器 (MEM) 402、W及禪合到DP 401的适当的RF发射器TX和接收器RX 404。MEM 402存储程序 (PROG)403。TX/RX 404用于与其他网络节点的双向无线通信。例如，TX/RX 404可W实施 图3的接收单元310用W从主节点（即PU)接收信号序列。
[0131]PROG403被假定为包括程序指令，当由相关联的DP401执行时，程序指令使网络 节点400能够根据本发明的示例性实施例来操作，如本文中与图2中所示出的方法一起讨 论的。例如，PROG403和DP401可W实施感知单元320、识别单元330和确定单元340用 W执行相应的功能。
[0132] 本发明的实施例可由网络节点400的DP401所执行的计算机软件实施、或者由硬 件、或者由软件和硬件的组合实施。
[0133] MEM402可W是适于本地技术环境的任何类型，并且可W使用任何适当的数据存 储技术来实施，诸如作为非限制性示例的基于半导体的存储设备、磁性存储设备和系统、光 存储设备和系统、固定存储器和可移除存储器。尽管在网络节点400中示出仅一个MEM，在 网络节点400中可W有数个物理上不同的存储器单元。DP401可W是适于本地技术环境的 任何类型，并且作为非限制性示例可W包括通用计算机、专用计算机、微处理器、数字信号 处理器值S巧和基于多核处理器架构的处理器中的一个或多个。网络节点400可W具有多 个处理器，诸如例如为专用集成电路巧片，其在时间上从动于与主处理器同步的时钟。
[0134] W上已经参考方法和装置的框图和流程图图示描述了本发明的示例性实施例。应 理解的是框图和流程图图示的每个框、W及框图和流程图图示的框的组合分别可W由包括 计算机程序指令的各种装置来实施。该些计算机程序指令可W被加载到通用计算机、专用 计算机、或者其他可编程数据处理装置上W产生一种机器，W便在计算机或其他可编程数 据处理装置上执行的指令创建用于实施一个或者多个流程图框中所指定的功能。
[0135] 前述的计算机程序指令可W是例如子例程和/或函数。在本发明的一个实施例中 的计算机程序产品包括至少一个计算机可读存储器介质，在该计算机可读存储器介质上存 储有前述的计算机程序指令。计算机可读存储器介质可W是例如光盘、或者是像RAM(随机 访问存储器）或ROM(只读存储器）的电子存储器设备。
[0136] 尽管本说明书包含许多特定实施方式细节，该些不应当被解释为是对任何实施方 式范围上的限制，或者对对所要求保护的内容的限制，而应当作为可能特定于特定实施方 式的特定实施例的特征的描述。在本说明书中在分离的实施例的背景中所描述的某些特征 也可W在单个实施例中组合地实施。相反地，在单个实施例的背景中描述的各种特征也可 W分离地被实施在多个实施例中或者W任何适当的子组合被实施。而且，尽管特征在上文 可能被描述为W某些组合进行动作，并且甚至如此初始地被如此地要求保护，来自所要求 保护的组合的一个或多个特征在一些情况中可W被从组合中删除，并且所要求保护的组合 可W被指向子组合或子组合的变型。
[0137] 也应注意的是上文描述的实施例被给出用于描述而不是限制本发明，并且要理解 的是如本领域技术人员容易理解的在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可w采取修改 和变化。该些修改和变化被考虑为处于本发明和所附权利要求的范围内。本发明的保护范 围由所附权利要求来限定。此外，在权利要求书中的任何附图标记不应解释为对权利要求 的限制。动词"包括"和其词形变化的使用不排除权利要求中所陈述的那些元素或步骤之 外的元素或步骤的存在。元素或步骤之前的不定冠词"一"不排除多个该样的元素或步骤 的存在。
【主权项】
1. 一种用于认知无线电（CR)网络的方法，包括： 从具有多个主传输功率的主节点接收信号序列； 基于所述信号序列来感知所述主节点的状态； 基于所述主节点的所述状态和所述信号序列来识别所述主节点的至少一个特征；以及 基于所述至少一个特征来确定用于次级节点的至少一个传输参数。2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个特征包括主传输功率以及调制和编 码方案（MCS)中的至少一个。3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中所述确定包括： 通过使用至少一个预先确定的准则来基于所述至少一个特征为所述次级节点分配次 级传输功率。4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述至少一个预先确定的准则包括以下各项中的 一项或多项： 使所述次级节点的平均可达到的速率最大化； 在预先定义的功率下的平均次级传输功率约束；以及 在对所述主节点的最大干扰下的平均干扰功率约束。5. 根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中所述识别包括： 定义与所述多个主传输功率对应的多个子空间；以及 通过将所述信号序列的累积能量与所述多个子空间的能量比较来估计所述主节点正 在使用所述多个主传输功率中的哪一个主传输功率。6. 根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述感知包括： 计算所述信号序列的累积能量；以及 通过将所述累积能量与预先定义的阈值比较来判定所述主节点的存在。7. -种用于认知无线电（CR)网络的装置，包括： 接收单元，被配置用于从具有多个主传输功率的主节点接收信号序列； 感知单元，被配置用于基于所述信号序列来感知所述主节点的状态； 识别单元，被配置用于基于所述主节点的所述状态和所述信号序列来识别所述主节点 的至少一个特征；以及 确定单元，被配置用于基于所述至少一个特征来确定用于次级节点的至少一个传输参 数。8. 根据权利要求7所述的装置，其中所述至少一个特征包括主传输功率以及调制和编 码方案（MCS)中的至少一个。9. 根据权利要求7或8所述的装置，其中所述确定单元包括： 分配单元，被配置用于通过使用至少一个预先确定的准则来基于所述至少一个特征为 所述次级节点分配次级传输功率。10. 根据权利要求9所述的装置，其中所述至少一个预先确定的准则包括以下各项中 的一项或多项： 使所述次级节点的平均可达到的速率最大化； 在预先定义的功率下的平均次级传输功率约束；以及 在对所述主节点的最大干扰下的平均干扰功率约束。11. 根据权利要求7-10中任一项所述的装置，其中所述识别单元包括： 定义单元，被配置用于定义与所述多个主传输功率对应的多个子空间；以及 估计单元，被配置用于通过将所述信号序列的累积能量与所述多个子空间的能量比较 来估计所述主节点正在使用所述多个主传输功率中的哪一个主传输功率。12. 根据权利要求7-10中任一项所述的装置，其中所述感知单元包括： 计算单元，被配置用于计算所述信号序列的累积能量；以及 判定单元，被配置用于通过将所述累积能量与预先定义的阈值比较来判定所述主节点 的存在。
【专利摘要】提供了用于认知无线电(CR)网络的感知和功率分配的方法和装置。该方法包括：从具有多个主传输功率的主节点接收信号序列；基于所述信号序列感知所述主节点的状态；基于所述主节点的状态和所述信号序列识别所述主节点的至少一个特征；以及基于所述至少一个特征确定用于次级节点的至少一个传输参数。
【IPC分类】H04W72/04
【公开号】CN104904288
【申请号】CN201280077426
【发明人】李朝峰, 雷鸣, 高飞飞, 陈中
【申请人】日电（中国）有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2012年11月29日
【公告号】WO2014082264A1
【技术领域】
[0001] 本发明的实施例总体设及通信技术。更特别地，本发明的实施例设及用于认知无 线电网络的方法、装置、网络节点和计算机程序产品。
【背景技术】
[0002] 本部分介绍可W帮助促进对本发明的更好理解的方面。因此，本部分的陈述要在 该个角度上被阅读而不应被理解为对关于什么是现有技术或者什么不是现有技术的承认。
[0003] 认知无线电（CR)已经被认识为是用于改善频谱利用W及解决下一代无线通信中 的频谱稀缺问题的潜在技术。如果授权给主用户（PU)的频谱没有被该PU利用或者对该PU 的干扰低于给定水平，则CR网络中的次级用户（SU)被允许接入该频谱。
[0004] 当前，存在用于CR网络的S种主要的频谱接入方法；i)重叠式扣nderlay)或所 谓的频谱共享方案，其中只要PU的服务质量怕〇巧被保护，则SU被允许与该PU共存，ii) 机会式频谱接入，其中仅在PU被检测到空闲时SU可W接入主频带；W及iii)前两者的组 合，也即基于感知的频谱共享，其中SU首先感知频谱W确定该PU的状态（活动/空闲），并 且然后基于判定来选择其传输功率。
[0005] 基于SU的本地观测的现有频谱感知方案可W被分成匹配滤波器、能量检测、循环 平稳检测、小波检测和协方差检测。TaoQiijeifeiGao和Arumugam化1131131:113]1在2011 年 5 月的IE邸TRANSACTIONSONVEHICULARTECHNOLOGY中出版的名称为"Optimization ofCooperativeSpectrumSensinginCo即itiveRadio"中已经建议了一种用于CR中的 频谱感知的改进方法。在所建议的方法中，多个SU被设计用于相互协作W解决隐藏终端和 边界效应的问题，导致了协作频谱感知。为保持PU-T发射器（PU-Tx)的QoS化及保护其不 受有害干扰，W及SU处的功率放大器的非线性和长期功率预算，采用了SU处的峰值/平均 传输功率W及PU处的峰值/平均干扰功率的约束，其中得出最优功率分配W使次级可达到 的速率最大化，该次级可达到的速率用于由于实际需要导致的功率约束的不同组合。
【发明内容】
[0006] 发明人注意到在大多数现有工作中，一个重要的假设是主传输功率是不可改变的 W及恒定的，并且感知模型是常规的二进制假设测试模型。然而，在现代通信系统中，由于 不同信道信噪比（SNR),已经使用自适应功率分配W便提供恒定的速率。
[0007] 因此，在本领域中将期望提供用于对具有多个主传输功率的CR感知和/或功率分 配的技术方案。
[0008] 为了更好解决W上顾虑中的一个或多个，在本发明的第一方面，提供了一种用于 认知无线电（CR)网络的方法。该方法包括：从具有多个主传输功率的主节点接收信号序 列；基于该信号序列感知该主节点的状态；基于该主节点的状态和该信号序列识别主节点 的至少一个特征；W及基于该至少一个特征确定用于次级节点的至少一个传输参数。
[0009] 在一些实施例中，该至少一个特征包括主传输功率W及调制和编码方案（MC巧中 的至少一个。
[0010] 在一些实施例中，感知的步骤可W包括；计算该信号序列的累积能量；W及通过 将累积能量与预先定义的阔值比较来判定该主节点的存在。
[0011] 在一些实施例中，识别的步骤可W包括；定义与该多个主传输功率对应的多个子 空间；W及通过将该累积能量与该多个子空间的能量比较来估计该主节点正在使用该多个 主传输功率中的哪一个主传输功率。
[0012] 在一些实施例中，确定步骤可W包括；通过使用至少一个预先确定的准则来基于 该至少一个特征为该次级节点分配次级传输功率。该至少一个预先确定的准则可W包括W 下各项中的一项或多项：使该次级节点的平均可达到的速率最大化；在预先定义的功率下 的平均传输功率约束；W及在对该主节点的最大干扰下的平均干扰功率约束。
[0013] 在本发明的第二方面，提供一种装置来实施本发明的第一方面的方法的各种实施 例。特别地，提供用于认知无线电（CR)网络的装置。该装置包括港收单元，被配置用于从 具有多个主传输功率的主节点接收信号序列；感知单元，被配置用于基于该信号序列感知 该主节点的状态；识别单元，被配置用于基于该主节点的状态和该信号序列识别该主节点 的至少一个特征；W及确定单元，被配置用于基于该至少一个特征确定用于次级节点的至 少一个传输参数。
[0014] 在本发明的第=方面，提供一种次级节点，其包括至少一个处理器和包括计算机 程序代码的至少一个存储器。该存储器和计算机程序代码被配置来使得该装置执行本发明 的第一方面的方法的实施例。
[0015] 在本发明的第四方面，提供一种计算机程序产品，其包括其上存储有计算机可读 程序代码部分的至少一个计算机可读存储器介质。该计算机可读程序代码部分包括用于执 行本发明的第一方面的方法的实施例的程序代码指令。
[0016] 在本说明书中描述的主题的特定实施例可W被实施W便实现下面优势中的一个 或多个。
[0017] 采用本说明书中描述的技术的特定实施例，已经提出了方案用于其中PU利用多 个主传输功率传输的场景。所提出的方案更好地适宜于实际情况。
[0018] 当结合附图阅读时，根据特定实施例的W下描述，也将理解本发明的实施例的其 他特征和优势，附图通过示例图示了本发明的实施例的原理。
【附图说明】
[0019] 本发明的各种实施例的W上或其他方面、特征和益处将通过示例从W下详细说明 和附图中变得更完全明显，在附图中：
[0020] 图1示出用于认知无线电网络的示例系统模型；
[0021] 图2图示根据本发明的实施例的用于认知无线电网络的方法的流程图；
[0022] 图3是可W被配置来实践本发明的示例实施例的装置300的示意性框图拟及
[0023] 图4是适合于在实践本发明的示例实施例中使用的网络节点的示意性框图。
[0024] 在各种附图中相同附图标记和命名指示相同要素。
【具体实施方式】
[0025] 在下文中，将参考说明性实施例来描述本发明的原理和精神。应理解的是，所有该 些实施例仅被给出用于使本领域技术人员更好理解和进一步实践本发明，而不是用于限制 本发明的范围。例如，作为一个实施例的部分而图示或描述的特征可W与另一实施例一起 使用来产生另外的实施例。为了清晰，在本说明书中没有描述实际实施方式的所有特征。当 然应理解的是在该些实际实施例的开发中，应当指出很多特定于实施方式的判定来实现开 发者的特定目标，诸如符合系统有关的W及商业有关的约束，该约束会从一个实施例到另 一实施例而变化。而且，应理解的是该样的开发努力可能是复杂的和耗时的，但对于受益于 本公开的本领域普通技术人员不过是所承担的日常工作。
[0026] 现在将参考附图描述本公开的主题。仅出于解释的目的在附图中示意性地描绘各 种结构、系统和设备，并且W便使描述不被本领域技术人员公知的细节所掩盖。不过，附图 被包括W描述和解释所公开的主题的说明性示例。本文使用的词语和短语应当被理解和解 释为具有与相关领域技术人员对那些词语和短语的理解一致的含义。本文中术语或短语的 一贯使用不旨在于隐含该术语或短语的特殊定义，即不同于本领域技术人员所理解的普通 和通常含义的定义。就术语或短语旨在具有特殊含义、即不同于技术人员理解的含义来说， 该样的特殊定义将在说明书中W定义的方式来被明示地提出，该定义的方式直接地或明确 地提供用于该术语或短语的特殊定义。
[0027] 图1示出用于认知无线电网络的示例系统模型。如图1中所示，CR网络被考虑具 有一对主发 射器（PU-Tx)和接收器（PU-Rx)、W及在给定干扰约束下与主频带共享频谱的 一对次级发射器（SU-Tx)和接收器（SU-Rx)。令丫1，丫2，h和g分别表示从PU-Tx到SU-Tx 的瞬时信道功率增益、从PU-Tx到SU-Rx的瞬时信道功率增益、从SU-Tx到PU-Rx的瞬时信 道功率增益、W及从SU-Tx到SU-Rx的瞬时信道功率增益。信道增益被假定为各态历经的、 平稳的并且在SU处是已知的。实践中，SU可W被提供有PU的信道增益，或者SU可W通过 监测PU的训练符号来检测信道增益。
[0028] 图2图示根据本发明实施例的一种用于认知无线电网络的方法的流程图。图2的 方法可W在认知无线电网络的次级节点（即次级用户）处被执行。
[0029] 该方法开始于步骤S201并进行到步骤S202,其中SU从PU接收信号序列。在所考 虑的场景中，PU可WW多个主传输功率来传输。
[0030] 接着，在步骤S203处，SU基于信号序列感知PU的状态。PU的状态可W是存在或 不存在。在一个实施例中，基于能量检测来执行感知。本领域技术人员应当理解可W使用 其他技术来感知PU的状态。
[0031] 在步骤S204处，SU基于所感知的PU的状态和信号序列来识别PU的至少一个特 征。该至少一个特征可W包括主传输功率W及调制和编码方案（MC巧中的至少一个。当然， 如果需要也可W识别与PU的传输参数有关的其他特征。
[0032] 接着，在步骤S205处，SU可W基于PU的该至少一个特征来确定用于其自身的至 少一个传输参数。在一个实施例中，如果传输参数是传输功率，则该确定可W包括通过使用 至少一个预先确定的准则来基于PU的该至少一个特征（例如主传输功率）为SU分配次级 传输功率。该至少一个预先确定的准则可W包括W下各项中的一项或多项：使SU的平均可 达到的速率最大化；在预先定义的功率下的平均传输功率约束；W及在对主节点的最大干 扰下的平均干扰功率约束。
[0033] 最后，SU可W使用所确定的（多个）传输参数用于通信，并且该方法在步骤S206 处结束。
[0034] 下面将详细描述频谱感知和特征识别。基于似然比（1化elihoodratio)来得出 最优的感知规则，该显示该规则与能量检测规则等同。作为示例，该特征是主传输功率。基 于最优检测理论，最优主传输功率被估计并且总的检测概率被得出。然后，针对其中PUW 多个主传输功率传输的情况，提出了多级功率分配策略，W及特别地，一个次级传输功率取 决于一个主传输功率。
[00巧]在步骤S202处在第j个样本处接收的信号被建模为：
[0036]
[0037] 其中H。和Hi分别表示PU-Tx不存在或存在的假设；Pp，i,i=1，一N是满足 〇<Pp,i<Pp,w，Vi的主离散传输功率；Sj是从PU-Tx传输的第j个符号，sj.被假设为遵照具有 零均值和单位方差的高斯分布，即Sj.~N(0,1);并且nj.是假设对于所有情况遵照N(0,N。） 的加性噪声。假设Sj.和rij.相互独立。
[003引在一个实施例中，在步骤S203处，感知可W包括计算所接收的信号序列的累积能 量。使用样本的累积接收能量的检测统计y可W被写为
[0039]
[0040] 其中M是一帖中在SU-Tx处接收的样本的总数量。因此在&、Pp，i和Hi条件下的 y的概率密度函数（pdf)分别给出为：
[0044] 其中r(.)表示伽马函数，Pr(Pp,i)表示PUW功率Pp,i传输的先验概率，该概率满 盾
Pr(H。）和PHHi)是分别为PU空闲和忙的概率。
[0045] 使用似然比测试的最优检测器可W被写为：
[0046]
[0047]因此，步骤S203的感知可W进一步包括通过将累积的能量与预先定义的阔值比 较来判定PU的存在。
[004引由于L(y)是y的严格递增函数，其中n是判定阔值的硬判定规则
等价 3其中0是新的等价阔值。因此最优检测器是能量检测器。
；)
[0049]然后，虚警（falsealarm)和误（false)检测的概率可W被计算为
[0053] 其中丫（.）是低阶不完整伽马函数。
[0054] 频谱感知的一个重要任务是检测PU的状态（空闲或忙，即不存在或存在）。然而， 在多个主传输功率的情况下，估计可W被用于判定SU的传输功率和保护主传输的主传输 功率也意义重大。
[00巧]因此，在其中该至少一个特征是PU的主传输功率的一个实施例中，步骤S204的识 别可W进一步包括定义与多个主传输功率相对应的多个子空间，W及通过将累积能量与多 个子空间的能量比较来估计PU正在使用多个主传输功率的哪个主传输功率。
[0056] 该是一种典型的多假设测试问题，并且判定规则是
[0057]如果.
（9 )
[005引成立，则判定是Pp,i。将
和（4)代入巧），我们得 到针对Phi的判定空间为
[006引注意，在（10)中，如果Pr(Pp,i)很小，则
更大，并 且针对PHPp，i)的判定空间变为空。令^i，i=1，......K+1为断点化reakpoint)，而01， i= 1，……K为在间隔[A1，Aw)中的对应的功率估计。显然，我们有K《N。定义入1 =0并且入^= + -^贝>]主传输功率的估计可^写为鳥=或如果7G[入1，入^)，i= 1，...，K (12)
[0063]问题转变为怎样决定最优的Ai和P1。W下引理被用于解决该问题。
[0064]引理1;对于任意常量yi和y2,如果7々2,i<kW及f(Pp,i|yi)<f(Pp,klyi)，则我 们有f(Pp,Jy2) <f〇Uly2)。
[00财证明；首先，我们有[0066]
[0067]和
由于i<k，因此 Pp,i<Pp,k成立。与f(Pp,Jyi) <f(Pp,klyi) 一起，根据（13)，我们得到f(Pp,Jy2) <f(Pp,kly2) 成立。
[006引从（11)推断，（1化，^表示^口。,^7=^?。,1|7)的点7。与引理1一起，我们可 ^如下得到^1和0 1的最优解。首先，在点7 = 0处，计算^口。,，|0)，1^￡[1，闲，选择由
表示的最大值，并且设定0i=Ppj。当i=N时，迭代停止。该算 法的细节如表1。
[0069]表1
[0070]
[0071] 特别地，对于Pr巧.,?）=Pi?巧的情况，首先我们有
[0072]
[0073] 我们可W容易地证明，Vx>0, ^雌+对<!成立，而Vx<0，非唯+对>1成 立。因此，如果k〉i，则成么并且d(ka)是Pp,k的递增函数，否则，d(ka)是Pp,k的 递减函数。然后对于该样的情况，（10)可W进一步写为
[0074] S(Pp,i) = {y|d(i-l, i) < y < d(i+l, i)} (15)
[007引并且人j= d(j-l，;0，0 j= Pp,j。
[0076] 主传输功率估计的性能被分析如下。首先我们有
[0077]
[0078] 然后总的检测概率可W写为
[0079] (17)
[0080] 在步骤S205处已经估计了PU的主传输功率，即识别PU的传输功率的特征时，SU 可W基于PU的所识别的特征来确定其传输参数。
[0081] 在常规的功率分配方案中，对于恒定的主传输功率的情况，SU-Tx将基于在感知 时 隙期间所做的判定来调整其传输功率。当PU被感知为不存在时，SU-Tx将W较高功率传输， 否则，W较低功率传输W便减少对PU所引起的干扰。
[0082] 在其中PUW多个主传输功率传输的本发明的实施例中，对于PU的主传输功率的 给定估计，SU将使用一个特定的次级传输功率。换言之，提出了多级的功率分配。特别地， 如果PU被感知为不存在H。，则SU-Tx将W功率P,，冰传输，否则如果PU被感知为W传输功 率存在，则SU-Tx将W功率来传输。通过使用至少一个预先确定的准则可W基于所 估计/识别的主传输功率来分配次级传输功率。
[0083] 该至少一个预先确定的准则可W包括W下各项的一项或多项：使SU的平均可达 到的速率最大化；在预先定义的功率下的平均次级传输功率约束；W及在对PU的最大干扰 下的平均干扰功率约束。下面将描述用于确定最优的次级传输功率的一个示例。
[0084] 由于频谱感知技术的限制，PU可能会被错误地检测到或虚警可能会出现。注意， PU不存在的情况等于PUW功率0传输。定义Pp，〇= 0为PU不存在的情况。接着，SU的瞬 时传输速率由下式给出
[0085]
[0086] 其中第一个指标（index)意思是真实的状态，而第二个指标意思是判定结果，而i =0，……，N，j= 0，……N。下标0意思是PU不存在的状态，因此Pp，a= 0并且Pr(Pp，。） =Pr化）。
[0087] 因此，SU的平均可达到的速率可W被建模为
[0088]
[0089] 在参数Pw下的平均次级传输功率约束可W写为
[0090]
[00川在Hi下SU对PU产生干扰，其中主传输功率是Pp，i，i= 1，…，N并且SUWP,，J,j=0，……，N集合中的任意功率传输。因此在最大干扰Iw下的平均干扰功率约束被建模 为
[0092]
[0093] 在上面所讨论的约束下，使SU的可达到的传输速率最大化的最优化问题可W公 式化为
[0096] W下引理将被使用。
[0097] 引理2 ;在（2〇)和剧）的约束下问题（蝴相对于传输功率Ps，j是凸性的。
[0098] 证明：该证明是平常的，因为
[0099]
U 并且约束（20)和（21)都是P,,斯线性函数，因此问题（22)关于是凸性的。
[0100] 首先，我们可W参考约束（20)和（21)下的问题（22)，构建拉格朗日L化，j.，a，iO 为
[0101]
[0102] 其中a，y> 0是对应于（20)和（21)的双重变量。
[010引接着，我们可W构建拉格朗日双重优化问题为
[0104]
[0105] 采用引理2,我们可w推断问题（24)的最优值等于问题（22)。因此我们可w解决 双重优化问题（24)而不是解决（22)。从（24)，我们必须获得L(P,,j.，a，iO的上确界。为 找到最优Psj，我们取L(Ps,j.，a，iO相对于Ps,斯导数，其可W获得为
[0106]
[0107] 从（25)，我们可W看到是Ps,j的递减函数。因此如果有唯一的誘满 足
即如果
[010引
，则对于给定a和y，最优功率分配是否则Pw.= 0。
[0109] 接着需要找到拉格朗日乘数a和y的最优值来获得最优的功率分配策略Psj.。 该里使用基于次梯度的方法来找到最优解，其中次梯度由W下命题来给出，例如，楠圆体方 法和牛顿方法。
[0110] 命题1 ;拉格朗日双重函数g(a，iO的次梯度是[C，D]，其中
[0113] 是对于固定a和y的最优功率分配。
[0114] 证明；将忌>0和巧30表示为双重函数g(a，iO的可行值，并且避J是对应的最 优功率分配。证明命题1等于证明露巧，巧 > 各批，片）+ (防，巧]-[A/iMGDf对于任意 S和？成立。因此，我们有
[011引
[0116] 已经确定了SU的（多个）传输参数（例如次级传输功率），则SU可所确定的 (多个）传输参数来通信。
[0117] 仿真结果显示当最大干扰Iw低时，所提出的方案的性能比常规方案更好一点。然 而，当最大干扰Iw大时，所提出的方案的性能显著地优于常规方案。仿真结果也显示在实 际系统中，SU应当首先检测主信号并识别PU的（多个）特征，然后分配归因于所识别特征 的不同的传输功率或由于调制和编码方案（MC巧。通过该个，SU可W保护主传输并改善其 可达到的速率。本领域技术人员应当理解，所提出的方案可W被扩展到其中SU能够检测PU 的特征并且决定其自身的传输参数W保护PU的QoS并改善其吞吐量的其他情况。例如，SU 可W检测PU的操作频率、调制和编码方案、和/或主传输功率，并且然后决定其自身的传输 参数。所提出的方案可W被用在其中多个通信系统共存的环境中，W便减少用户中的干扰。 例如，毫微微小区可W检测LTE系统并决定其合适的传输参数。
[0118] 图3是可W被配置来实践根据本发明实施例的示例性实施例的装置300的示意性 框图。该装置300可W并入CR网络中的次级节点中，并且被配置为执行如参考图2所图示 的本发明的示例性实施例的方法。
[0119] 如图3中所示，装置300可W包括接收单元310、感知单元320、识别单元330和确 定单元340。
[0120] 接收单元310被配置为从PU接收信号序列。例如，接收单元310可W在具有感知 时隙的帖内接收M符号。在所考虑的场景中，PU可多个主传输功率传输。
[0121] 感知单元320被配置基于所接收的信号序列来感知PU的状态。PU的状态可W是 存在或不存在。在一个实施例中，基于能量检测来执行感知。在该样的实施例中，感知单元 320进一步包括计算单元321和判定单元322。计算单元321被配置为计算所接收信号序 列的累积能量，如公式（2)中所示。判定单元322被配置为通过将所累积的能量与预先定 义的阔值比较来判定PU的存在，如参考公式（6)所描述的。
[0122] 识别单元330被配置为基于所感知的PU的状态和信号序列来识别PU的至少一个 特征。该至少一个特征可W包括主传输功率和调制和编码方案（MC巧中的至少一个。当然， 如果需要可W识别与PU的传输参数有关的其它特征，例如PU的操作频率、PU的通信协议 等。
[0123] 在其中PU的特征是主传输功率的一个实施例中，识别单元330可W进一步包括定 义单元330和估计单元332。定义单元331被配置为定义与多个主传输功率对应的多个子 空间，如公式（10)所描述的。估计单元332被配置为通过将累积能量与多个子空间的能量 比较来估计PU正在使用多个主传输功率的哪个主传输功率。
[0124] 确定单元340被配置为基于PU的至少一个特征来确定用于SU的至少一个传输参 数。在一个实施例中，该至少一个传输参数是SU的次级传输功率。接着，确定单元340可 W进一步包括分配单元341，其被配置为通过使用至少一个预先确定的准则基于所估计的 PU的主传输功率来为SU分配次级传输功率。
[0125] 对于PU的主传输功率的给定估计，一个特定的次级传输功率将被分配到SU。
[0126] 该至少一个预先确定的准则可W包括W下各项中的一项或多项：使SU的平均可 达到的速率最大化；在预先定义的功率下的平均次级传输功率约束；W及在对主节点的最 大干扰下的平均干扰功率约束。
[0127] 然后，SU可W使用所确定的传输参数用于通信。
[012引应理解的是，包含在装置300中的单元被配置用于实践本发明的示例性实施例。 因此，关于图2的W上描述的操作和特征也 适用于装置300和其内的单元，并且该里省略它 们的详细描述。
[0129] 图4图示了适合于在实践本发明的示例性实施例中使用的CR网络中的网络节点 400(例如次级节点）的简化框图。
[0130] 如图4中所示，网络节点400包括数据处理器值巧401、禪合到DP 401的存储器 (MEM) 402、W及禪合到DP 401的适当的RF发射器TX和接收器RX 404。MEM 402存储程序 (PROG)403。TX/RX 404用于与其他网络节点的双向无线通信。例如，TX/RX 404可W实施 图3的接收单元310用W从主节点（即PU)接收信号序列。
[0131]PROG403被假定为包括程序指令，当由相关联的DP401执行时，程序指令使网络 节点400能够根据本发明的示例性实施例来操作，如本文中与图2中所示出的方法一起讨 论的。例如，PROG403和DP401可W实施感知单元320、识别单元330和确定单元340用 W执行相应的功能。
[0132] 本发明的实施例可由网络节点400的DP401所执行的计算机软件实施、或者由硬 件、或者由软件和硬件的组合实施。
[0133] MEM402可W是适于本地技术环境的任何类型，并且可W使用任何适当的数据存 储技术来实施，诸如作为非限制性示例的基于半导体的存储设备、磁性存储设备和系统、光 存储设备和系统、固定存储器和可移除存储器。尽管在网络节点400中示出仅一个MEM，在 网络节点400中可W有数个物理上不同的存储器单元。DP401可W是适于本地技术环境的 任何类型，并且作为非限制性示例可W包括通用计算机、专用计算机、微处理器、数字信号 处理器值S巧和基于多核处理器架构的处理器中的一个或多个。网络节点400可W具有多 个处理器，诸如例如为专用集成电路巧片，其在时间上从动于与主处理器同步的时钟。
[0134] W上已经参考方法和装置的框图和流程图图示描述了本发明的示例性实施例。应 理解的是框图和流程图图示的每个框、W及框图和流程图图示的框的组合分别可W由包括 计算机程序指令的各种装置来实施。该些计算机程序指令可W被加载到通用计算机、专用 计算机、或者其他可编程数据处理装置上W产生一种机器，W便在计算机或其他可编程数 据处理装置上执行的指令创建用于实施一个或者多个流程图框中所指定的功能。
[0135] 前述的计算机程序指令可W是例如子例程和/或函数。在本发明的一个实施例中 的计算机程序产品包括至少一个计算机可读存储器介质，在该计算机可读存储器介质上存 储有前述的计算机程序指令。计算机可读存储器介质可W是例如光盘、或者是像RAM(随机 访问存储器）或ROM(只读存储器）的电子存储器设备。
[0136] 尽管本说明书包含许多特定实施方式细节，该些不应当被解释为是对任何实施方 式范围上的限制，或者对对所要求保护的内容的限制，而应当作为可能特定于特定实施方 式的特定实施例的特征的描述。在本说明书中在分离的实施例的背景中所描述的某些特征 也可W在单个实施例中组合地实施。相反地，在单个实施例的背景中描述的各种特征也可 W分离地被实施在多个实施例中或者W任何适当的子组合被实施。而且，尽管特征在上文 可能被描述为W某些组合进行动作，并且甚至如此初始地被如此地要求保护，来自所要求 保护的组合的一个或多个特征在一些情况中可W被从组合中删除，并且所要求保护的组合 可W被指向子组合或子组合的变型。
[0137] 也应注意的是上文描述的实施例被给出用于描述而不是限制本发明，并且要理解 的是如本领域技术人员容易理解的在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可w采取修改 和变化。该些修改和变化被考虑为处于本发明和所附权利要求的范围内。本发明的保护范 围由所附权利要求来限定。此外，在权利要求书中的任何附图标记不应解释为对权利要求 的限制。动词"包括"和其词形变化的使用不排除权利要求中所陈述的那些元素或步骤之 外的元素或步骤的存在。元素或步骤之前的不定冠词"一"不排除多个该样的元素或步骤 的存在。
【主权项】
1. 一种用于认知无线电（CR)网络的方法，包括： 从具有多个主传输功率的主节点接收信号序列； 基于所述信号序列来感知所述主节点的状态； 基于所述主节点的所述状态和所述信号序列来识别所述主节点的至少一个特征；以及 基于所述至少一个特征来确定用于次级节点的至少一个传输参数。2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个特征包括主传输功率以及调制和编 码方案（MCS)中的至少一个。3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中所述确定包括： 通过使用至少一个预先确定的准则来基于所述至少一个特征为所述次级节点分配次 级传输功率。4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述至少一个预先确定的准则包括以下各项中的 一项或多项： 使所述次级节点的平均可达到的速率最大化； 在预先定义的功率下的平均次级传输功率约束；以及 在对所述主节点的最大干扰下的平均干扰功率约束。5. 根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中所述识别包括： 定义与所述多个主传输功率对应的多个子空间；以及 通过将所述信号序列的累积能量与所述多个子空间的能量比较来估计所述主节点正 在使用所述多个主传输功率中的哪一个主传输功率。6. 根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述感知包括： 计算所述信号序列的累积能量；以及 通过将所述累积能量与预先定义的阈值比较来判定所述主节点的存在。7. -种用于认知无线电（CR)网络的装置，包括： 接收单元，被配置用于从具有多个主传输功率的主节点接收信号序列； 感知单元，被配置用于基于所述信号序列来感知所述主节点的状态； 识别单元，被配置用于基于所述主节点的所述状态和所述信号序列来识别所述主节点 的至少一个特征；以及 确定单元，被配置用于基于所述至少一个特征来确定用于次级节点的至少一个传输参 数。8. 根据权利要求7所述的装置，其中所述至少一个特征包括主传输功率以及调制和编 码方案（MCS)中的至少一个。9. 根据权利要求7或8所述的装置，其中所述确定单元包括： 分配单元，被配置用于通过使用至少一个预先确定的准则来基于所述至少一个特征为 所述次级节点分配次级传输功率。10. 根据权利要求9所述的装置，其中所述至少一个预先确定的准则包括以下各项中 的一项或多项： 使所述次级节点的平均可达到的速率最大化； 在预先定义的功率下的平均次级传输功率约束；以及 在对所述主节点的最大干扰下的平均干扰功率约束。11. 根据权利要求7-10中任一项所述的装置，其中所述识别单元包括： 定义单元，被配置用于定义与所述多个主传输功率对应的多个子空间；以及 估计单元，被配置用于通过将所述信号序列的累积能量与所述多个子空间的能量比较 来估计所述主节点正在使用所述多个主传输功率中的哪一个主传输功率。12. 根据权利要求7-10中任一项所述的装置，其中所述感知单元包括： 计算单元，被配置用于计算所述信号序列的累积能量；以及 判定单元，被配置用于通过将所述累积能量与预先定义的阈值比较来判定所述主节点 的存在。
【专利摘要】提供了用于认知无线电(CR)网络的感知和功率分配的方法和装置。该方法包括：从具有多个主传输功率的主节点接收信号序列；基于所述信号序列感知所述主节点的状态；基于所述主节点的状态和所述信号序列识别所述主节点的至少一个特征；以及基于所述至少一个特征确定用于次级节点的至少一个传输参数。
【IPC分类】H04W72/04
【公开号】CN104904288
【申请号】CN201280077426
【发明人】李朝峰, 雷鸣, 高飞飞, 陈中
【申请人】日电（中国）有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2012年11月29日
【公告号】WO2014082264A1
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