CN102026247A - 一种基于无速率码的认知无线电通信链路的建立和维护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无速率码的认知无线电通信链路的建立和维护方法，其包括认知用户发送端链路的建立方法和认知用户发送端链路的维护方法以及认知用户接收端链路的建立方法和认知用户接收端链路的维护方法。本发明利用无速率码可以自适应的对付链路删除和数据包丢失的特性，进行通信链路的建立和维护，并充分利用无速率码所需的反馈应答时隙，应用该方法不需要主从用户之间存在额外的公共控制信道进行“谱图交换”。

Description

一种基于无速率码的认知无线电通信链路的建立和维护方法

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。

无速率码与传统固定码率编码方式最大的不同在于它在发送端不设定固定码率，发送端可以以某种方式源源不断的产生编码包并发送出去。接收端则可以根据接收到的编码包尝试译码，且无需将所有编码包都接收到。如果译码失败，接收端可以再多接收一些编码包然后继续尝试译码。无论哪些包在传递过程中被干扰丢弃，接收端最终只需要得到一定数量的包就可完成译码，且这个数量与要发送的数据包呈线性。接收端将一直重复这个过程直到译码成功。这时接收端只需要发送一个非常简单的反馈信号告知发送端译码成功，然后发送端停止发送，这样就完成了整个传输过程。

利用无速率码能够极好地对付信道删除的特性，当频谱共享无线通信环境下收发两端并不完全确知对方的信道状态而造成发送包丢失、或者由于频谱感知不够准确而受主用户信号干扰时，无速率码总能够在不同的时间或频率上源源不断地发送编码包，而只要接收端能在部分时间和频率上接收到足够多的编码包，总能正确地恢复数据，从而完成链路的建立。而且，利用无速率编码技术可以充分利用多个频谱资源之间的分集增益，更重要的是可以充分利用无速率码可以自适应地逼近认知信道容量的特性从而得到巨大的编码增益，这是传统的利用固定速率编码的方法所无法取得的。

发明内容

本发明的目的是提供一种在认知无线电系统中，无需利用公共控制信道的条件下，在认知用户收发两端利用无速率码可靠的、高效的建立和维护通信链路的方法。

本发明的基于无速率码的认知无线电通信链路的建立和维护方法，其特征在于包括认知用户发送端链路的建立方法和认知用户发送端链路的维护方法以及认知用户接收端链路的建立方法和认知用户接收端链路的维护方法，以下所述的类型一的反馈表示接收端已经成功接收数据，类型二的反馈表示接收端已检测到主用户需要占用正在利用中的频谱资源，类型三的反馈表示接收端认为该频谱资源可用，类型四的反馈表示接收端确认与发送端共同检测到新的可用的频谱资源；

设：整个认知系统中全部的频谱资源有n个，分别用标号f＝[f₁，f₂，……，f_n]来标记，在某一认知用户接入的同时，没有其他认知用户在相同时隙接入，

认知用户发送端链路的建立方法包括以下步骤：

1)发送端对整个认知系统中的全部n个频谱资源进行感知，得到哪些频谱资源是空闲可用的，设检测到p个可用频谱资源，将其记为

且0≤p≤n；发送端实时的检测可用频谱资源，当发现可用频谱资源发生变化时，实时地更新f_t；

2)若可用频谱资源f_t为空集，即当前所有频谱资源均被占用，则转入步骤1)重新感知；若可用频谱资源f_t不是空集，则转入步骤3)；

3)将认知用户的用户初始化系统信息m_s按照无速率码的编码方式对信息包进行编码并组帧；用t_i表示编码帧，其中i为编码帧的编号，i＝0，1，2，……；

4)发送端将每一个编码帧与感知到的当前可用频谱资源f_t中的可用频谱资源做对应进行编码帧的发射，每一个频谱资源均看作是一个子信道；具体映射规则为：若i mod p＝k，且k≠0，则编码帧就用第

个子信道进行发送；若i mod p＝0，则编码帧就用第

个子信道进行发送；

5)发送端根据无速率码的编码规则源源不断的产生编码帧直到接收端告知它停止发送，同时在当前可用频谱资源f_t上的应答时隙中侦听接收端的反馈信号，若侦听到类型一的反馈信号则转入步骤6)；否则，继续步骤5)的过程；

6)发送端停止继续产生编码帧并立即停止发射，转而在所有当前可用频谱资源f_t上的应答时隙中侦听接收端的反馈信号，并将所有可以接收到类型三的反馈信号的频谱资源单独纪录下来，记为f_c，f_c中的所有频谱资源就是认知用户发送端和接收端所共同认可的可用频谱资源，从而完成了认知用户发送端链路的建立；

认知用户发送端链路的维护方法包括以下步骤：

1)在通信链路建立后，发送端一边利用f_c中的频谱资源对自己需要发送的信息按照无速率码的编码方式对信息包进行编码并组帧，然后发射，一边实时的对整个认知系统中的全部频谱资源进行感知，并在“应答时隙”中等待接收端的反馈信号；若发现主用户开始活动需要占用正在进行数据传递的频谱，则转入步骤2)；若接收到认知用户的反馈信号，则转入步骤3)；若感知到新的可用频谱资源，则转入步骤5)；

2)将感知得到的主用户需要占用的频谱资源统统释放不再继续占用，并利用其余可用频谱资源继续传递要发送的数据帧；

3)确认接收到认知用户的反馈信号后，立即分辨反馈信号的类型是类型一还是类型二，若是类型一，说明数据传递已完成，则发射端停止传递，若是类型二，则转入步骤4)；

4)分辨类型二的反馈是通过哪些频谱接收到的，并立即停止在这些频谱上继续传递数据，只利用其余可用的频谱资源，将其余可用的频谱资源更新记为f_c，转入步骤1)；

5)发射端尝试着在新感知到的频谱资源上的“应答时隙”中接收接收端的反馈，若确认在这个频谱上接收到接收端的反馈，则转入步骤6)；若在接收到反馈信号前发现这个频谱又被主用户占用，则停止在此频谱上的活动，转入步骤1)；

6)确认接收端的反馈为反馈类型三，则在这些频谱上发送确认信息，等待接收端的进一步反馈；若得到接收端的类型四的反馈，则将此频谱记入f_c，转入步骤1)，否则不更新f_c，转入步骤1)；

认知用户接收端链路的建立方法包括以下步骤：

1)接收端对整个认知系统中的全部n个频谱资源进行感知，得到哪些频谱资源是空闲可用的，设检测到q个可用频谱资源，将其记为

且0≤q≤n；接收端实时的检测可用频谱资源，当发现可用频谱资源发生变化时，实时地更新f_r；

2)接收端尝试着在f_r中的所有频谱上进行信息接收，无需知道发送端的频谱感知结果f_t，此时，只要f_t与f_r的交集不为空，则接收端肯定总可以在其交集频谱资源上接收到发射端的编码信息；

3)当接收到的编码帧数量达到发送端的用户标示信息的编码帧的数量时，开始进行译码，并利用循环冗余校验(CRC)判断是否译码正确，如果正确，转入步骤6)；否则转入步骤4)；

4)继续接收若干个编码包；

5)重新尝试译码，若译码成功，转入步骤6)；否则转入步骤4)；

6)译码结束，接收端将所有可接收编码帧的频谱资源记为f_c，f_c为发送端与接收端所共同感知到的可用频谱资源的集合，并在f_c中频谱资源的应答时隙上发送类型一的反馈信号；

7)若接收端在接下来连续3个时隙中都没有收到发送端的编码帧，则在f_c中所有的频谱资源的应答时隙上发送两遍类型一的反馈信号，用来通知发送端；

8)接收端根据成功译码得到的发送端初始化系统信息m_s，得知发送端的要求，从而完成了认知用户接收端链路的建立；

认知用户接收端链路的维护方法包括以下步骤：

1)在通信链路建立后，接收端一边利用f_c中的频谱资源接收发射端传递的数据帧，一边实时的对整个认知系统中的全部频谱资源进行感知，若在此期间译码成功，恢复出发射端要发送的全部信息数据，则转入步骤2)；若感知发现主用户开始活动需要占用正在进行数据传递的频谱，则转入步骤3)；若感知到新的可用频谱资源，则转入步骤4)；

2)接收端在“应答时隙”中的所有f_c标记的频谱资源上发送类型一的反馈，告知发射端立即停止发送数据，从而完成整个数据的传输；

3)将感知得到的主用户需要占用的频谱资源标记为f_z，并在这些频谱上的“应答时隙中”发送类型二的反馈，并将f_z中标记的频谱资源在f_c中移出，转入步骤1)；

4)在感知到新的可用频谱资源的“应答时隙”中向发射端发送若干次类型三的反馈，并在这些频谱上尝试接收发射端的确认信号，若接收到发射端的确认信号，则再发送类型四的反馈做进一步确认，并将这些新的可用频谱资源并入f_c，转入步骤1)；若没有接收到，则转入步骤1)。

本发明中，认知用户发送端链路的建立方法中的按照无速率码的编码方式对信息包进行编码并组帧，其步骤如下：

1)根据初始化系统信息，设要传递的信息m_s的长度为L1，将m1分割成

个小数据包，每个小数据包长度为k1，若L1无法整除k1，则最后一个小数据包不足k1长的部分用“0”来填充；

2)对每个k1长的小数据包利用循环冗余校验码进行循环冗余校验，每个小数据包长度根据采用的循环冗余校验码的长度r1相应的增加到k1+r1比特；

3)将

个长度为k1+r1比特的小数据包送入无速率码的编码器进行编码，按照编码包的产生顺序将这些编码包记为C＝[c₀，c₁，c₂，…]，每一个编码包的下标表示此编码包在整个编码序列当中所处的位置，利用g个比特来表示编码包的下标；

4)将每一个编码包的下标送入一个1/4码率的线性分组码编码器进行编码，产生长度为g×4比特的数据作为位置标示，并将位置标示放在每个编码包之后；

5)在每一个编码包之前再加上长度为64×4的前导序列用来实现位同步和信道估计，并在每一个编码包之后再加上64比特的间隔，作为“应答时隙”；

6)在前导序列之后、数据编码包之前还要加入长度为64×4比特的初始化报头序列，报头序列内容包括发射机以及目标接收机的用户识别号，用于用户识别和辅助实现位同步，完成编码及组帧。

本发明中，认知用户发送端链路的维护方法中的按照无速率码的编码方式对信息包进行编码并组帧，其步骤如下：

1)设要传递的信息为m，长度为L2，将m分割成

个小数据包，每个小数据包长度为k2，若L2无法整除k2，则最后一个小数据包不足k2长的部分用“0”来填充；

2)对每个k2长的小数据包利用循环冗余校验码进行循环冗余校验，每个小数据包长度根据采用的循环冗余校验码的长度r2相应的增加到k2+r2比特；

3)将

个长度为k2+r2比特的小数据包送入无速率码的编码器进行编码，按照编码包的产生顺序将这些编码包记为C＝[c₀，c₁，c₂，…]，每一个编码包的下标表示此编码包在整个编码序列当中所处的位置，利用g个比特来表示编码包的下标；

4)将每一个编码包的下标送入一个1/4码率的线性分组码进行编码，产生长度为g×4比特的数据作为位置标示，并将位置标示放在每个编码包之后；

5)在每一个编码包之前再加上长度为64×4的前导序列用来实现位同步和信道估计，并在每一个编码包之后再加上64比特的间隔，作为“应答时隙”，完成编码及组帧。

本发明的优点：

本发明的基本技术思想是利用无速率码可以自适应的对付链路删除和数据包丢失的特性进行通信链路的建立和维护，并充分利用无速率码所需的反馈应答时隙，从而不需要主从用户之间存在额外的公共控制信道进行“谱图交换”。

附图说明

图1是认知用户的发送端和接收端对频谱感知情况的示意图；

图2是认知用户的发送端在建立通信链路时的工作方法流程图；

图3是链路建立过程中的一个编码帧的结构示意图；

图4是认知用户的发送端在维护通信链路时的工作方法流程图；

图5是链路维护过程中的一个编码帧的结构示意图；

图6是认知用户的接收端在建立通信链路时的工作方法流程图；

图7是认知用户的接收端在维护通信链路时的工作方法流程图；

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明。

本发明的基于无速率码的认知无线电通信链路的建立和维护方法，包括认知用户发送端链路的建立方法和认知用户发送端链路的维护方法以及认知用户接收端链路的建立方法和认知用户接收端链路的维护方法，以下所述的类型的反馈表示接收端已经成功接收数据，类型二的反馈表示接收端已检测到主用户需要占用正在利用中的频谱资源，类型三的反馈表示接收端认为该频谱资源可用，类型四的反馈表示接收端确认与发送端共同检测到新的可用的频谱资源；

设：整个认知系统中全部的频谱资源有256个，所有256个频谱按照其频率由低到高进行由小到大的标号，分别记为[0，1，……，255]。认知无线电系统中的每个用户都分配一个b比特长度的专有的用户号作为用户身份的标示，例如若b＝16，则理论上最多可以支持65536个用户。在通信链路尚未建立起之前，认知用户的收发两端对对方的频谱感知情况以及要采用的信道编码、调制映射方式等必要的信息均一无所知，必须在通信链路建立的过程中将这些必要的信息传递给对方。将这些信息称为“初始化系统信息”，记为m_s。在某一认知用户接入的同时，没有其他认知用户在相同时隙接入。

认知用户发送端链路的建立方法(参见图2)，包括以下步骤：

1)发送端对整个认知系统中的全部256个频谱资源实时的进行感知，得到发送端对整个频谱资源的认知结果，即哪些频谱资源在当前时间下是空闲可用的。假设认知发送端通过检测得到p个可用的频谱资源，并将这些可用的频谱资源标号进行记录，记为

0≤p≤256；发送端实时的对全部的256个频谱资源进行感知，当发现可用频谱资源发生变化时，则实时地更新f_t；

2)若可用频谱资源f_t为空集，即当前所有频谱资源均被占用，则转入步骤1)重新感知；若可用频谱资源f_t不是空集，则转入步骤3)；

3)将初始化系统信息m_s按照无速率码的编码方式对信息包进行编码并组帧，所组成的帧结构如图3所示(具体步骤在下面介绍)；用t_i表示编码帧，其中i为编码帧的编号，i＝0，1，2，……；

4)发送端将每一个编码帧与感知得到的当前可用频谱资源f_t中的可用频谱资源作对应进行编码帧的发射，每一个频谱资源均看作是一个子信道；具体映射规则为：若i mod p＝k，且k≠0，则编码包就用第

个子信道进行发送；若i mod p＝0，则编码包就用第

个子信道进行发送；

5)发送端根据某种无速率码(例如Raptor Code)的编码规则源源不断的产生编码帧进行发射，同时在当前可用频谱资源f_t上的应答时隙中侦听接收端的反馈信号，若侦听到类型一的反馈信号则转入步骤6)；否则，继续步骤5)的过程；

6)发送端停止继续产生编码帧并立即停止发射，转而在所有当前可用频谱资源f_t上的应答时隙中侦听接收端的反馈信号，并将所有可以接收到类型三的反馈信号的频谱资源单独纪录下来，记为f_c，f_c中的所有频谱资源就是认知用户发送端和接收端所共同认可的可用频谱资源，从而完成了认知用户发送端链路的建立；

上述的将初始化系统信息m_s按照无速率码的编码方式对信息包进行编码并组帧，设要传递的信息m_s的长度为L1，按如下步骤对信息m_s进行处理：

1)将m_s分割为若干个小的数据包，每个包长度为k1比特，若L1无法整除k1，则最后一个小数据包不足k1长的部分用“0”来填充，这样就分割出

个长度为k1的小数据包；

2)对每个k1长的小数据包都进行循环冗余校验，用于译码器判断译码是否成功，此例中循环冗余校验码采用CRC16，这样每个小数据包长度为k1+16比特；

3)将这

个长度为k1+16比特的小数据包送入某种无速率码(例如Raptor Code)的编码器进行编码，源源不断的产生长度同为k1+16比特的编码包C，按照编码包的产生顺序将这些编码包记为C＝[c₀，c₁，c₂，…]，每一个编码包的下标表示此编码包在整个编码序列当中所处的位置，利用16个比特来表示编码包的下标，则可以支持2¹⁶长的编码包；

4)将每一个表示编码包下标的16比特信息送入一个1/4码率的线性分组码编码器进行编码保护，即利用64个比特来表示编码包的位置信息，并将这64比特的编码包位置信息放在每个编码包之后；

5)在每一个编码包之前再加上长度为64×4的前导序列用来实现位同步和信道估计，并在每一个编码包之后再加上64比特的间隔保护，间隔保护同时还可作为“应答时隙”；

6)在前导序列之后、数据编码包之前还要加入长度为64×4比特的初始化报头序列，其内容包括发射机以及目标接收机的用户识别号，用于用户识别和辅助实现位同步，所组成的帧结构如图3所示。

认知用户发送端链路的维护方法(参见图4)，包括以下步骤：

1)在通信链路建立后，发送端一边利用f_c中的频谱资源对自己需要发送的信息按照无速率码的编码方式对信息包进行编码并组帧，所组成的帧结构如图5所示(具体步骤在下面介绍)，然后发射，一边实时的对整个认知系统中的全部频谱资源进行感知，并在“应答时隙”中等待接收端的反馈信号；若发现主用户开始活动需要占用正在进行数据传递的频谱，则转入步骤2)；若接收到认知用户的反馈信号，则转入步骤3)；若感知到新的可用频谱资源，则转入步骤5)；

2)将感知得到的主用户需要占用的频谱资源通通释放不再继续占用，并利用其余可用频谱资源继续传递要发送的数据帧；

3)确认接收到认知用户的反馈信号后，立即分辨反馈信号的类型是类型一还是类型二，若是类型一，说明数据传递已完成，则发射端停止传递，若是类型二，则转入步骤4)；

4)根据接收到信号的频率，分辨类型二的反馈是通过哪些频谱接收到的，并立即停止在这些频谱上继续传递数据，只利用其余可用的频谱资源，将其余可用的频谱资源更新记为f_c，转入步骤1)；

5)发射端尝试着在新感知到的频谱资源上的“应答时隙”中接收接收端的反馈，若确认在这个频谱上接收到接收端的反馈，则转入步骤6)；若在接收到反馈信号前发现这个频谱又被主用户占用，则停止在此频谱上的活动，转入步骤1)；

6)确认接收端的反馈为反馈类型三，即表示接收端同样认为此频谱资源是可用的，则在这些频谱上发送某个固定的确认信息，例如发送由16个“1110”组成的长度为64位的二进制数据，等待接收端的进一步反馈；若得到接收端的类型四的反馈，则进一步确认完成，将此频谱记入f_c，转入步骤1)，否则不更新f_c，转入步骤1)。

上述的按照无速率码的编码方式对信息包进行编码并组帧，设要传递的信息m的长度为L2，按如下步骤对信息m进行处理：

1)将m分割为若干个小的数据包，每个包长度为k2比特，若L2无法整除k2，则最后一个小数据包不足k2长的部分用“0”来填充，这样就分割出

个长度为k2的小数据包；

2)对每个k2长的小数据包都进行循环冗余校验，用于译码器判断译码是否成功，此例中循环冗余校验码仍采用CRC16，这样每个小数据包长度为k2+16比特；

3)将这

个长度为k2+16比特的小数据包送入某种无速率码(例如Raptor Code)的编码器进行编码，源源不断的产生长度同为k2+16比特的编码包C，按照编码包的产生顺序将这些编码包记为C＝[c₀，c₁，c₂，…]，每一个编码包的下标表示此编码包在整个编码序列当中所处的位置，利用16个比特来表示编码包的下标，则可以支持2¹⁶长的编码包；

4)将每一个表示编码包下标的16比特信息送入一个1/4码率的线性分组码编码器进行编码保护，即利用64个比特来表示编码包的位置信息，并将这64比特的编码包位置信息放在每个编码包之后；

5)在每一个编码包之前再加上长度为64×4的前导序列用来实现位同步和信道估计，并在每一个编码包之后再加上64比特的间隔保护，间隔保护同时还可作为“应答时隙”。所组成的帧结构如图5所示。

认知用户接收端链路的建立方法(参见图6)，包括以下步骤：

1)接收端对整个认知系统中的全部256个频谱资源实时的进行感知，得到接收端对整个频谱资源的认知结果，即哪些频谱资源是空闲可用的。设检测到q个可用频谱资源，将其记为

且0≤q≤256；

2)接收端尝试着在f_r中的所有频谱上进行信息接收，无需知道发送端的频谱感知结果f_t，此时，只要f_t与f_r的交集不为空，则接收端肯定总可以在其交集频谱资源上接收到发射端的编码信息；

3)当接收到的编码帧数量达到发送端的用户标示信息的编码帧的数量时，开始进行译码，此例中利用CRC16判断是否译码正确，如果正确，转入步骤6)；否则转入步骤4)；

4)继续接收若干个编码帧，例如继续接收2帧；

5)重新尝试译码，若译码成功，转入步骤6)；否则转入步骤4)；

6)译码结束，接收端将所有可接收编码帧的频谱资源记为f_c，f_c即发送端与接收端所共同感知到的可用频谱资源的集合，并在f_c中频谱资源的应答时隙上发送类型一的反馈信号；

7)若接收端在接下来连续3个时隙中都没有收到发送端的编码帧，则在f_c中所有的频谱资源的应答时隙上发送两遍类型一的反馈信号，用来通知发送端；

8)接收端根据成功译码得到的发送端初始化系统信息m_s，得知发送端的要求，从而完成了认知用户接收端链路的建立；

认知用户接收端链路的维护方法(参见图7)，包括以下步骤：

1)在通信链路建立后，接收端一边利用f_c中的频谱资源接收发射端传递的数据帧，一边实时的对整个认知系统中的全部频谱资源进行感知，若在此期间译码成功，成功恢复出发射端要发送的全部信息数据，则转入步骤2)；若感知发现主用户开始活动需要占用正在进行数据传递的频谱，则转入步骤3)；若感知到新的可用频谱资源，则转入步骤4)；

2)接收端在“应答时隙”中的所有f_c标记的频谱资源上发送类型一的反馈，告知发射端立即停止发送数据，从而完成整个数据的传输；

3)将感知得到的主用户需要占用的频谱资源标记为f_z，并在这些频谱上的“应答时隙”中发送类型二的反馈，并将f_z中标记的频谱资源在f_c中移出，转入步骤1)；

4)在感知到新的可用频谱资源的“应答时隙”中向发射端发送若干次类型三的反馈，并在这些频谱上尝试接收发射端的确认信号，若接收到发射端的确认信号，则再发送类型四的反馈做进一步确认，并将这些新的可用频谱资源并入f_c，转入步骤1)；若没有接收到，则转入步骤1)。

整个过程中共用到了四种反馈，分别称为类型一、类型二、类型三和类型四，所以理论上可以用两比特数据来区分表示这四种反馈，例如“01”表示类型一，“10”表示类型二，“11”表示类型三，“00”表示类型四。但考虑到在无线信道传输中可能对数据造成干扰，所以这里用6比特数据来表示一种反馈类型：“010101”表示类型一，“101010”表示类型二，“111111”表示类型三，“000000”表示类型四，并将这些数据加上一个六分之一码率的信道编码进行保护。最后，在经过编码保护的数据前加上一个12比特长的“反馈帧头标示”序列，共同组成一个长度为48比特的反馈数据帧。

Claims (2)

1.一种基于无速率码的认知无线电通信链路的建立和维护方法，其特征在于包括认知用户发送端链路的维护方法以及认知用户接收端链路的维护方法，以下所述的类型一的反馈表示接收端已经成功接收数据，类型二的反馈表示接收端已检测到主用户需要占用正在利用中的频谱资源，类型三的反馈表示接收端认为该频谱资源可用，类型四的反馈表示接收端确认与发送端共同检测到新的可用的频谱资源；

设：整个认知系统中全部的频谱资源有n个，分别用标号f＝[f₁，f₂，……，f_n]来标记，在某一认知用户接入的同时，没有其他认知用户在相同时隙接入，

认知用户发送端链路的维护方法包括以下步骤：

1)在通信链路建立后，发送端一边利用f_c中的频谱资源对自己需要发送的信息按照无速率码的编码方式对信息包进行编码并组帧，然后发射，一边实时的对整个认知系统中的全部频谱资源进行感知，并在“应答时隙”中等待接收端的反馈信号；若发现主用户开始活动需要占用正在进行数据传递的频谱，则转入认知用户发送端链路维护方法的步骤2)；若接收到认知用户的反馈信号，则转入认知用户发送端链路维护方法的步骤3)；若感知到新的可用频谱资源，则转入认知用户发送端链路维护方法的步骤5)；

2)将感知得到的主用户需要占用的频谱资源统统释放不再继续占用，并利用其余可用频谱资源继续传递要发送的数据帧；

3)确认接收到认知用户的反馈信号后，立即分辨反馈信号的类型是类型一还是类型二，若是类型一，说明数据传递已完成，则发射端停止传递，若是类型二，则转入认知用户发送端链路维护方法的步骤4)；

4)分辨类型二的反馈是通过哪些频谱接收到的，并立即停止在这些频谱上继续传递数据，只利用其余可用的频谱资源，将其余可用的频谱资源更新记为f_c，转入认知用户发送端链路维护方法的步骤1)；

5)发射端尝试着在新感知到的频谱资源上的“应答时隙”中接收接收端的反馈，若确认在这个频谱上接收到接收端的反馈，则转入认知用户发送端链路维护方法的步骤6)；若在接收到反馈信号前发现这个频谱又被主用户占用，则停止在此频谱上的活动，转入认知用户发送端链路维护方法的步骤1)；

6)确认接收端的反馈为反馈类型三，则在这些频谱上发送确认信息，等待接收端的进一步反馈；若得到接收端的类型四的反馈，则将此频谱记入f_c，转入认知用户发送端链路维护方法的步骤1)，否则不更新f_c，转入认知用户发送端链路维护方法的步骤1)；

认知用户接收端链路的维护方法包括以下步骤：

1)在通信链路建立后，接收端一边利用f_c中的频谱资源接收发射端传递的数据帧，一边实时的对整个认知系统中的全部频谱资源进行感知，若在此期间译码成功，恢复出发射端要发送的全部信息数据，则转入认知用户接收端链路维护方法的步骤2)；若感知发现主用户开始活动需要占用正在进行数据传递的频谱，则转入认知用户接收端链路维护方法的步骤3)；若感知到新的可用频谱资源，则转入认知用户接收端链路维护方法的步骤4)；

2)接收端在“应答时隙”中的所有f_c标记的频谱资源上发送类型一的反馈，告知发射端立即停止发送数据，从而完成整个数据的传输；

3)将感知得到的主用户需要占用的频谱资源标记为f_z，并在这些频谱上的“应答时隙中”发送类型二的反馈，并将f_z中标记的频谱资源在f_c中移出，转入认知用户接收端链路维护方法的步骤1)；

4)在感知到新的可用频谱资源的“应答时隙”中向发射端发送若干次类型三的反馈，并在这些频谱上尝试接收发射端的确认信号，若接收到发射端的确认信号，则再发送类型四的反馈做进一步确认，并将这些新的可用频谱资源并入f_c，转入认知用户接收端链路维护方法的步骤1)；若没有接收到，则转入认知用户接收端链路维护方法的步骤1)。

2.根据权利要求1所述的基于无速率码的认知无线电通信链路的建立和维护方法，其特征在于认知用户发送端链路的维护方法中的按照无速率码的编码方式对信息包进行编码并组帧，其步骤如下：

1)设要传递的信息为m，长度为L2，将m分割成

个小数据包，每个小数据包长度为k2，若L2无法整除k2，则最后一个小数据包不足k2长的部分用“0”来填充；

2)对每个k2长的小数据包利用循环冗余校验码进行循环冗余校验，每个小数据包长度根据采用的循环冗余校验码的长度r2相应的增加到k2+r2比特；

3)将

个长度为k2+r2比特的小数据包送入无速率码的编码器进行编码，按照编码包的产生顺序将这些编码包记为C＝[c₀，c₁，c₂，…]，每一个编码包的下标表示此编码包在整个编码序列当中所处的位置，利用g个比特来表示编码包的下标；

4)将每一个编码包的下标送入一个1/4码率的线性分组码进行编码，产生长度为g×4比特的数据作为位置标示，并将位置标示放在每个编码包之后；

5)在每一个编码包之前再加上长度为64×4的前导序列用来实现位同步和信道估计，并在每一个编码包之后再加上64比特的间隔，作为“应答时隙”，完成编码及组帧。

Images