一种用于异构网络的被动式接收机检测和频谱接入方法

摘要

本发明属于移动通信中的认知无线电领域，尤其涉及一种用于异构网络的被动式接收机检测和频谱接入方法。本发明基于S-BS和M-UE的位置关系，提出假设和根据概率统计，计算E在假设和下的累积分布函数；设计检测器以及不同判决下的接入概率，计算门限η和接入概率q₀，q₁的最佳值。本发明提出的接收机检测方法属于被动式，能够使微小区识别在它范围内的宏小区的活跃用户，当微小区范围内没有宏小区的活跃用户时，微小区可以接入宏小区正在使用的频段。通过设计检测门限以及对应的频谱接入概率，微小区可以达到最大的接入机会。在典型的双层异构网中，相比传统的能量检测法，本方法能够显著的提高微小区的接入机会。

主权项

1.一种用于异构网络的被动式接收机检测和频谱接入方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、基于S-BS和M-UE的位置关系，提出假设和当M-UE位于区域I和III时，S-BS不会对M-UE产生干扰，相反，当M-UE位于区域II时，S-BS会对M-UE产生干扰，因此，我们定义假设和如下：S2、将S-BS在M-UE所使用频段的中监听到的信号的能量E作为判决统计量，根据概率统计，计算E在假设和下的累积分布函数，包括：S21、宏基站M-BS以功率p（瓦特，W）向宏小区用户M-UE发送单位能量信号x(k)，k表示信号采样的序号，满足1≤k≤K，其中K表示最大采样数，宏小区用户M-UE接收到的信号为$y_1\left(k\right)=h_1\sqrt{g_{1}p}x\left(k\right)+n_1\left(k\right),1\le k\le K,$其中，n₁和n₂表示M-UE和S-BS的接收机噪声，他们分别服从均值为0，方差为的高斯分布，即n₁～(0,1)和n₁～(0,1)，所述宏小区用户M-UE的接收信噪比为宏基站M-BS为了保证服务的数据率，通过闭环功率控制调整发射功率，使得宏小区用户M-UE的接收信噪比保持在一个确定的值上，即给定的目标信噪比γ_T，则p应该满足S22、微基站S-BS接收到的主用户信号为$y_2\left(k\right)=h_2\sqrt{g_{2}p}x\left(k\right)+n_2\left(k\right),$则微基站S-BS的接收信号为$y_2\left(k\right)=\frac{h_2}{h_1}\sqrt{\frac{g_2{\gamma }_T{\sigma }_1^2}{g_1}}x\left(k\right)+n_2\left(k\right),$令$\Omega =h_2^2/h_1^2,$Φ＝g₂/g₁，则微基站S-BS的信噪比可以表示为γ₂(k)=γ_TΩΦ；S23、K次采样，微基站S-BS接收到的M-BS信号的能量为$E=\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}\mathrm{\Omega \Phi }{\gamma }_T{x}^2\left(k\right)+\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}2\sqrt{\mathrm{\Omega \Phi }{\gamma }_T}x\left(k\right)n_0\left(k\right)+\underset{k=1}{\overset{K}{\Sigma }}{n_0}^2\left(k\right),$微基站S-BS在M-BS的信号覆盖范围之内，那么它的接收信噪比通常比较高，在这种情况下，噪声一般可以忽略，则$E\approx {\Sigma }_{k=1}^K{\gamma }_2\left(k\right)=\mathrm{K\Omega \Phi }{\gamma }_T,$其中Ω和Φ为随机变量；S3、根据假设和下的能量E的分布情况，确定判决事实，设计检测器以及不同判决下的接入概率，在允许的干扰概率下计算门限η和接入概率q₀，q₁的最佳值，包括：S31、假设η为判决门限：当E≥η时，S-BS可以接入正在使用的频段。但是，当S-BS离M-BS比较远时，即使E<η，S-BS也可以接入正在使用的频段。也就是说，在接收信号能量足够大或者足够小时，S-BS都可以接入宏小区正在使用的频段；S32、引入两个接入概率q₀（0≤q₀≤1）和q₁（0≤q₁≤1），使得S-BS能够在E≤η和E>η这两种情况下都可以接入宏小区正在使用的频段，则，S-BS的接入机会有两部分组成，一部分决定于E≤η的情况，另一部分决定于E>η，S33、干扰概率也由两部分组成：其中，ζ表示S-BS的覆盖范围和区域II的面积比值，则有ζ=S_s/S_II；S34、给定一个干扰概率的约束值I_c，我们能通过以下公式算出门限的最优解从而使接入机会最大$\underset{{q_0}^{*},{q_1}^{*},{\eta }^{*}}{\max }{P}_O,s.t.P_I\le I_c,\eta \ge 0,$则，$\underset{{q_0}^{*},{q_1}^{*},{\eta }^{*}}{\max }(q_0-q_1)\frac{d^2\eta }{R^{2}K{\gamma }_T}\ln \left(\frac{R^{2}K{\gamma }_T+d^2\eta }{{ϵ}^{2}K{\gamma }_T+d^2\eta }\right)+q_1\left(\frac{R^2-{ϵ}^2}{R^2}\right),,$其中，约束条件为$((q_0-q_1)\frac{d^2\eta }{R^{2}K{\gamma }_T}\ln \left(\frac{{(d+r)}^{2}K{\gamma }_T+d^2\eta }{{(d-r)}^{2}K{\gamma }_T+d^2\eta }\right)+q_1\left(\frac{4\mathrm{dr}}{R^2}\right))\frac{S_s}{S_{\mathrm{ii}}}\le I_c,r+ϵ<d\le R-r,$其中，P_O的表达式是随q₀和q₁的增加而单调递增，而η的单调性是由q₀和q₁决定的。