CN102083078B - 一种认知无线电系统次级用户上行链路协同传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种认知无线电系统次级用户上行链路协同传输方法，所述的认知无线电系统包括主用户、次级用户以及为主用户与次级用户共同服务的基站，所述的协同传输方法包括根据信道信息从次级空闲用户中选取协同转发的协同用户，根据次级源用户的频谱接入方式为选定的协同用户设定波束成形因子，通过将H₂H₁P_sW(H₂H₁P_sW)^H特征值分解找出最大特征值所对应的归一化特征向量作为基站的接收阵列天线的波束成形向量。与现有的技术方案相比，本方案通过闲置次级用户资源的整合和再利用，实现了上行链路的协同传输，从而可以改善传输性能，方案简单易于实现，可以满足认知无线电系统高度灵活性与实时性的要求。

Description

一种认知无线电系统次级用户上行链路协同传输方法

技术领域

本发明涉及一种认知无线电系统上行链路的协同传输方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着无线通信技术的发展，无线频谱资源变的越来越稀缺与宝贵。认知无线电技术(Cognitive Radio)可以允许网络中的次级用户(Secondary Users)动态地使用授权主用户(Primary Users)的空闲频谱，有效地提高频谱利用率，解决频谱稀缺问题，已成为IMT-Advanced几项突破性技术之一。在目前认知无线电系统的研究中，次级用户的频谱接入方式主要有两种模型：衬垫underlay方式以及覆盖overlay方式。覆盖overlay方式规定次级用户只能在主用户没有使用这段频谱时才可以加以利用，次级用户以机会与主用户协商，或者两者结合的方式利用主用户的频谱空闲。衬垫underlay方式允许次级用户与主用户同时使用同一段频谱资源，但前提是必须保证对主用户的干扰尽量小，例如可以使用UWB技术来实现这种衬垫underlay方式频谱共享方式，或者采取行之有效的功率控制策略，使其对主用户的干扰在可以接受的范围内。因此在采用衬垫Underlay接入方式的认知无线电系统中，由于功率控制和终端设备的制约，次级用户端的发射功率受到了严格地限制。处于小区边缘的次级用户在长距离传输时，容易受到深衰落和阴影衰落的影响，使得传输性能得不到保证，用户服务质量要求难以得到满足。这样虽然实现了频谱的再利用，但频谱有效利用率并没有得到实质性的提高。因此，在不影响主用户通信的前提下，如何引入先进的通信技术提高认知网络的传输性能尤其是改善上行链路通信的传输性能，保证次级用户的服务质量要求，是当前研究的热点。

协同通信(Cooperative Communication)技术通过不同网络中节点之间的资源共享，如节点间的时隙资源、节点天线等，实现网络资源的整合和其他新技术的应用，如协同分集，协同复用传输等技术的应用。通过网络用户节点的资源共享，构建虚拟的多阵列天线，可实现多用户间的协作通信提高系统效率。因此，在次级用户中引入协同传输可以有效地对抗发送功率限制和无线传播中的衰落、阴影和噪声等不利因素影响，解决次级用户上行链路性能不佳的问题，实现系统传输的再优化。此外认知无线电则要求终端设备具有感知周围通信环境的认知能力和通信参数的重新配置能力，这也为认知无线电用户中引入多天线的协同及天线的波束成形技术提供了一种可能。

经对现有技术文献的检索发现：Chunhua Sun等在2008IEEE International Conferenceon Communications(2008年电气电子工程师协会通信领域国际会议)上发表的“UserCooperation in Heterogeneous Cognitive Radio Networks with Interference Reduction”(异构认知无线电网络中考虑降低干扰的用户协同)。该文提出了一种认知无线电系统中次级用户之间的协同传输方案。在此方案中，通过调整作为协同中继处的次级用户天线波束权重值，为次级用户发信机分配合适的发射功率，使得系统吞吐量实现提高，但该文提出的方法没有考虑到协同用户的选择问题。另外K.Jitvanichphaibool等学者在2009IEEEWireless Communications and Networking Conference(2009年电气电子工程师协会无线通信领域国际会议)上发表的“Beamforming and Power Control for Multi-Antenna CognitiveTwo-Way Relaying”(多天线的两路中继认知无线电网络中波束成形与功率控制)，该文提出了一种认知网络两路中继的传输方案，通过奇异值分解和搜索得到最优和次优的波束成形矩阵，并且通过优化问题求解确定次级用户各自的发送功率，但是该文所提的方法同样只针对单节点协同的传输模式，没有考虑到多个协同用户时协用户的数目选择问题，此外该文所提算法复杂度较高，容易造成较大时延，不利于实际场景的应用。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种简单易于实现的认知无线电系统次级用户上行链路协同传输方法，通过选择空闲次级用户作为协同用户并为协同用户和基站接收阵列天线确定波束成形向量，达到既能提高认知用户的传输性能，又不干扰主用户正常通信的目的。

技术方案：一种认知无线电系统次级用户上行链路协同传输方法，所述的认知无线电系统包括主用户、次级用户和基站，所述的上行链路协同传输方法具体步骤为：

步骤1：基站接到次级源用户的协同通信请求后，统计小区内空闲的次级用户总数，记为F；

步骤2：基站通过认知网络的控制信道CRCCH向F个空闲次级用户发送控制信息并开始计时，控制信息的内容包括次级源用户的接入方式，次级源用户的通信频段信息以及基站要求各个空闲次级用户对空闲次级用户自身与次级源用户间的信道信息估计的请求；

步骤3：空闲次级用户侦听认知网络的控制信道CRCCH，当收到控制信息后，估计空闲次级用户与次级源用户之间的信道信息h_f，f∈(1，...，F)，并将h_f反馈回基站；

步骤4：基站处理在第一时间门限T₁内接收到的空闲次级用户反馈的信道信息h_f，f∈(1，...，F)，并计算乘积

其中|h_f|为信道信息h_f的幅度值，为基站对基站自身与各个空闲的次级用户间信道信息估计的平均值，

为

的幅度值，基站按照乘积

由大到小将空闲次级用户排序，选定顺序靠前的E个空闲次级用户作为初步选取的协同用户，其中E＜F，基站利用认知网络的控制信道CRCCH将选取结果发送给各个空闲次级用户，超过第一时间门限T₁返回的信道信息，基站不予处理；

步骤5：空闲次级用户侦听CRCCH，根据初步选取结果判断自己是否作为最初选定的协同用户，如果否，则保持空闲状态继续侦听CRCCH；如果是最初选定的协同用户，则启动定时器进入信号接收状态，等待次级源用户信号的到来；

步骤6：如果最初选定的协同用户的接收等待时间超过第二时间门限T₂，则退出信号接收状态转入空闲状态；如果最初选定的协同用户的接收等待时间没有超过时间门限T₂，则确定为最终协同用户，并将最终协同用户数目记为N，其中N≤E；

步骤7：最终协同用户根据次级源用户的频谱接入方式设定波束成形因子，

如果次级源用户以覆盖overlay方式接入频谱，则由所有最终协同用户向基站发送波束成形因子请求BCR，基站响应波束成形因子请求BCR，基站将H₂H₁P_s(H₂H₁P_s)^H进行特征值分解，并从中找出最大特征值和最大特征值所对应的特征向量，并以所述特征向量作为含有所有最终协同用户波束成形因子的波束成形向量W反馈给各个最终协同用户，各个最终协同用户按照基站反馈的波束成形向量W设置各自的波束成形因子，其中，W是N个最终协同用户波束成形因子w_n组成的列向量，W＝(w₁，...，w_N)^T，H₂是由N个最终协同用户与基站各天线间的信道信息构成的M×N阶矩阵，M为基站接收阵列天线的天线数目，H₁＝diag(h₁，...，h_N)为次级源用户与N个最终协同用户之间的信道信息组成的N维对角阵，

为由基站分配给次级源用户的发送功率p_s组成的N维对角阵；

如果次级源用户以衬垫underlay方式接入频谱，则各个最终协同用户首先估计自身与主用户的干扰链路间的信道增益，然后各自确定自己的波束成形因子，任一最终协同用户n，n∈(1，...，N)的波束成形因子w_n的角度θ_n满足其中

为任一最终协同用户n，n∈(1，...，N)与次级源用户之间的信道信息h_n的角度，每个波束成形因子w_n幅度|w_n|为：

其中g_n为任一最终协同用户n，n∈(1，...，N)与主用户间的干扰链路增益，I_pu为主用户对任一最终协同用户n，n∈(1，...，N)的干扰功率，

为系统噪声功率，I_th为主用户的能承受的干扰功率门限；

步骤8：最终协同用户将接收到的信号与波束成形因子相乘后转发给基站；

步骤9：基站采用阵列天线接收，基站对H₂H₁P_sW(H₂H₁P_sW)^H进行特征值分解得到最大特征值，再将最大特征值所对应特征向量归一化，并把归一化特征向量作为阵列天线的波束成形向量值。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：1)在没有增加网络基础架构的基础上，通过闲置次级用户资源的整合和再利用，实现上行链路的协同传输，提高了资源利用率；2)本发明提出的上行链路协同传输方案，利用了空间分集增益，通过空闲次级用户的协同转发，可以有效地提高上行链路传输的可靠性；3)通过在方案中设置第一、第二时间门限，减缓数据处理带来的延时，保证传输的有效性；4)方案简单易于实现，可以满足认知无线电系统高度灵活性与实时性的要求。

附图说明

图1本发明方法的认知无线电系统示例；

图2认知无线电系统次级用户上行链路传输示例；

图3本发明方法一个实施例的上行链路协同传输流程图。

具体实施方式

本发明涉及到认知无线电系统，一般地，认知无线电系统包括主网络和认知网络两个部分。主网络是为主用户服务的网络，由主用户和主网络基站组成。认知网络是通过感知检测周围环境共享主用户频谱的网络，主要由次级用户终端和次级网络基站构成。需要说明的是，上述的认知无线电系统的形式并非唯一确定的。本发明采用的认知无线电系统中，主网络与认知网络共同使用一个基站。参考图1，基站共同为主用户与次级用户服务，不同的是，基站在为通信业务分配频谱资源时，主用户具有优先级，频谱资源优先供应主用户使用，次级用户只能以覆盖overlay方式和衬垫underlay方式接入网络。

认知无线电系统上行链路协同传输如图2所示，次级源用户在协同传输的第一时隙将信号发给选定的次级协同用户，在协同传输的第二时隙次级协同用户将处理后的信号转发至基站，基站采用阵列天线接收，其中次级源用户的通信频谱由基站根据系统中主用户频谱的使用情况决定，如果系统中有空闲的主用户频谱，则次级源用户采用覆盖方式overlay接入网络，基站分配空闲的频谱给次级源用户；如果系统中没有空闲的主用户频谱，则次级源用户采用衬垫underlay方式接入网络，基站将某一段主用户的频谱分配给次级源用户通信。分配给次级源用户使用的频谱在协同传输的两时隙间进行了频谱复用，即一、二时隙使用同一段频谱，以提高频谱利用率。

实施例1

参考图3，根据本发明的实施例1，一种认知无线电系统次级用户上行链路协同传输方法，所述的认知无线电系统包括主用户、次级用户和基站，所述的上行链路协同传输方法具体步骤为：

步骤1：基站接到次级源用户的协同通信请求后，统计小区内空闲的次级用户总数，记为F；

步骤2：基站通过认知网络的控制信道CRCCH向F个空闲次级用户发送控制信息并开始计时，控制信息的内容包括次级源用户的接入方式，次级源用户的通信频段信息以及基站要求各个空闲次级用户对空闲次级用户自身与次级源用户间的信道信息估计的请求；其中所述次级源用户的接入方式有衬垫underlay方式以及覆盖overlay方式，所述次级源用户的通信频段信息包括基站分配给次级源用户的通信频段信息以及衬垫underlay方式时通信频段上的主用户干扰功率门限信息，当采用覆盖overlay方式，则干扰功率门限信息为空；

步骤3：空闲次级用户侦听认知网络的控制信道CRCCH，当收到控制信息后，估计空闲次级用户与次级源用户之间的信道信息h_f，f∈(1，...，F)，并将h_f反馈回基站；

步骤4：基站处理在第一时间门限T₁内接收到的空闲次级用户反馈的信道信息h_f，f∈(1，...，F)，并计算乘积

其中|h_f|为信道信息h_f的幅度值，

为基站对基站自身与各个空闲的次级用户间信道信息估计的平均值，

为

的幅度值，基站按照乘积

由大到小将空闲次级用户排序，选定顺序靠前的E个空闲次级用户作为初步选取的协同用户，其中E＜F，基站利用认知网络的控制信道CRCCH将选取结果发送给各个空闲次级用户，超过第一时间门限T₁返回的信道信息，基站不予处理；

步骤5：空闲次级用户侦听CRCCH，根据初步选取结果判断自己是否作为最初选定的协同用户，如果否，则保持空闲状态继续侦听CRCCH；如果是最初选定的协同用户，则启动定时器进入信号接收状态，等待次级源用户信号的到来；

步骤6：如果最初选定的协同用户的接收等待时间超过第二时间门限T₂，则退出信号接收状态转入空闲状态；如果最初选定的协同用户的接收等待时间没有超过时间门限T₂，则确定为最终协同用户，并将最终协同用户数目记为N，其中N≤E；

步骤7：最终协同用户根据次级源用户的频谱接入方式设定波束成形因子，

如果次级源用户以覆盖overlay方式接入频谱，则由所有最终协同用户向基站发送波束成形因子请求BCR，基站响应波束成形因子请求BCR，基站将H₂H₁P_s(H₂H₁P_s)^H进行特征值分解，并从中找出最大特征值和最大特征值所对应的特征向量，并以所述特征向量作为含有所有最终协同用户波束成形因子的波束成形向量W反馈给各个最终协同用户，各个最终协同用户按照基站反馈的波束成形向量W设置各自的波束成形因子，其中，W是N个最终协同用户波束成形因子w_n组成的列向量，W＝(w₁，...，w_N)^T，H₂是由N个最终协同用户与基站各天线间的信道信息构成的M×N阶矩阵，M为基站接收阵列天线的天线数目，H₁＝diag(h₁，...，h_N)为次级源用户与N个最终协同用户之间的信道信息组成的N维对角阵，为由基站分配给次级源用户的发送功率p_s组成的N维对角阵；

如果次级源用户以衬垫underlay方式接入频谱，则各个最终协同用户首先估计自身与主用户的干扰链路间的信道增益，然后各自确定自己的波束成形因子，任一最终协同用户n，n∈(1，...，N)的波束成形因子w_n的角度θ_n满足

其中

为任一最终协同用户n，n∈(1，...，N)与次级源用户之间的信道信息h_n的角度，每个波束成形因子w_n幅度|w_n|为：其中g_n为任一最终协同用户n，n∈(1，...，N)与主用户间的干扰链路增益，I_pu为主用户对任一最终协同用户n，n∈(1，...，N)的干扰功率，

为系统噪声功率，I_th为主用户的能承受的干扰功率门限，其中干扰功率门限I_th由所述步骤2获得，主用户对任一最终协同用户n，n∈(1，...，N)的干扰功率I_pu、系统噪声功率

和次级源用户的发送功率p_s由任一最终协同用户n，n∈(1，...，N)检测获得；

步骤8：最终协同用户将接收到的信号与波束成形因子相乘后转发给基站；

步骤9：基站采用阵列天线接收，基站对H₂H₁P_sW(H₂H₁P_sW)^H进行特征值分解得到最大特征值，再将最大特征值所对应特征向量归一化，并把归一化特征向量作为阵列天线的波束成形向量值。

实施例2

当次级源用户以覆盖overlay频谱接入方式接入网络时，根据本发明的实施例2，一种认知无线电系统次级用户上行链路协同传输方法，所述的认知无线电系统包括主用户、次级用户和基站，所述的上行链路协同传输方法具体步骤为：

步骤1：基站接到次级源用户的协同通信请求后，统计小区内空闲的次级用户总数，设定小区内空闲的次级用户总数目F为5，并分别编号为1号，2号，3号，4号，5号；

步骤2：基站通过认知网络的控制信道CRCCH向5个空闲次级用户发送控制信息并开始计时，控制信息的内容包括次级源用户的接入方式，次级源用户的通信频段信息以及基站要求各个空闲次级用户对空闲次级用户自身与次级源用户间的信道信息估计的请求；其中所述次级源用户的接入方式为覆盖overlay方式，所述次级源用户的通信频段信息包括基站分配给次级源用户的通信频段信息；

步骤3：空闲次级用户侦听认知网络的控制信道CRCCH，当收到控制信息后，估计空闲次级用户与次级源用户之间的信道信息h_f，f∈(1，...，F)，并将h_f反馈回基站，设定所述的信道信息h_f，f∈(1，...，F)的大小依次为h₁＝-0.31-0.83i，h₂＝-0.33-0.86i，h₃＝-0.21+0.4i，h₄＝-0.41+0.12i，h₅＝-0.12+0.15i；

步骤4：基站处理在第一时间门限T₁＝400ms内接收到的空闲次级用户反馈的信道信息h_f，f∈(1，...，F)，并计算乘积

其中|h_f|为信道信息h_f的幅度值，

为基站对基站自身与各个空闲的次级用户间信道信息估计的平均值，

的值依次为

为

的幅度值，基站按照乘积

由大到小将空闲次级用户排序，选定顺序靠前的E＝3个空闲次级用户1号、2号和3号作为初步选取的协同用户，基站利用认知网络的控制信道CRCCH将选取结果发送给各个空闲次级用户，超过第一时间门限T₁返回的信道信息，基站不予处理；

步骤5：空闲次级用户侦听CRCCH，根据初步选取结果判断自己是否作为最初选定的协同用户，4号与5号空闲次级用户保持空闲状态继续侦听CRCCH；1号、2号和3号空闲次级用户启动定时器进入信号接收状态，等待次级源用户信号的到来；

步骤6：最初选定的协同用户3号的接收等待时间超过第二时间门限T₂＝200ms，退出信号接收状态转入空闲状态；最初选定的协同用户1号和2号的接收等待时间没有超过时间门限T₂，确定为最终协同用户，并将最终协同用户数目记为N，其中N＝2；

步骤7：所有最终协同用户2号和3号向基站发送波束成形因子请求BCR，基站响应波束成形因子请求BCR，基站将H₂H₁P_s(H₂H₁P_s)^H进行特征值分解，并从中找出最大特征值和最大特征值所对应的特征向量(0.70+0.02i，0.71)^T，并以所述特征向量(0.70+0.02i，0.71)^T作为含有所有最终协同用户波束成形因子的波束成形向量W反馈给各个最终协同用户，1号和2号最终协同用户按照基站反馈的波束成形向量W设置各自的波束成形因子，1号的波束成形因子w₁＝0.70+0.02i，2号的波束成形因子w₂＝0.71，其中，W是N＝2个最终协同用户波束成形因子w_n组成的列向量，W＝(w₁，w₂)^T，H₁＝diag(h₁，h₂)为次级源用户与N＝2个最终协同用户之间的信道信息组成的N＝2维对角阵，

为由基站分配给次级源用户的发送功率p_s组成的2维对角阵，设定次级源用户的发送功率p_s为10dBm，H₂是由N＝2个最终协同用户与基站各天线间的信道信息构成的M×N阶矩阵，M为基站接收阵列天线的天线数目，设定为2，设定H₂的值为

步骤8：最终协同用户将接收到的信号与波束成形因子相乘后转发给基站；

步骤9：基站采用阵列天线接收，基站对H₂H₁P_sW(H₂H₁P_sW)^H进行特征值分解得到最大特征值所对应的归一化特征向量(0.710.71-0.02i)，并把归一化特征向量(0.700.71-0.02i)作为阵列天线的波束成形向量值。

实施例3

当次级源用户以衬垫underlay频谱接入方式接入网络时，根据本发明的实施例3，一种认知无线电系统次级用户上行链路协同传输方法，所述的认知无线电系统包括主用户、次级用户和基站，所述的上行链路协同传输方法具体步骤为：

步骤1：基站接到次级源用户的协同通信请求后，统计小区内空闲的次级用户总数，设定小区内空闲的次级用户总数目F为5，并分别编号为1号，2号，3号，4号，5号；

步骤2：基站通过认知网络的控制信道CRCCH向5个空闲次级用户发送控制信息并开始计时，控制信息的内容包括次级源用户的接入方式，次级源用户的通信频段信息以及基站要求各个空闲次级用户对空闲次级用户自身与次级源用户间的信道信息估计的请求；其中所述次级源用户的接入方式为衬垫underlay方式，所述次级源用户的通信频段信息包括基站分配给次级源用户的通信频段信息和通信频段上的主用户干扰功率门限信息，设定主用户的能承受的干扰功率门限I_th为10dBm；

步骤3：空闲次级用户侦听认知网络的控制信道CRCCH，当收到控制信息后，估计空闲次级用户与次级源用户之间的信道信息h_f，f∈(1，...，F)，并将h_f反馈回基站，设定信道信息h_f，f∈(1，...，F)依次为h₁＝-0.31-0.83i，h₂＝-0.33-0.86i，h₃＝-0.21+0.4i，h₄＝-0.41+0.12i，h₅＝-0.12+0.15i；

步骤4：基站处理在第一时间门限T₁＝400ms内接收到的空闲次级用户反馈的信道信息h_f，f∈(1，...，F)，并计算乘积

其中|h_f|为信道信息h_f的幅度值，为基站对基站自身与各个空闲的次级用户间信道信息估计的平均值，

的值依次为

为

的幅度值，基站按照乘积由大到小将空闲次级用户排序，选定顺序靠前的E＝3个空闲次级用户1号、2号和3号作为初步选取的协同用户，基站利用认知网络的控制信道CRCCH将选取结果发送给各个空闲次级用户，超过第一时间门限T₁返回的信道信息，基站不予处理；

步骤5：空闲次级用户侦听CRCCH，根据初步选取结果判断自己是否作为最初选定的协同用户，4号与5号空闲次级用户保持空闲状态继续侦听CRCCH；1号、2号和3号空闲次级用户启动定时器进入信号接收状态，等待次级源用户信号的到来；

步骤6：最初选定的协同用户3号的接收等待时间超过第二时间门限T₂＝200ms，退出信号接收状态转入空闲状态；最初选定的协同用户的接收等待时间没有超过时间门限T₂，确定为最终协同用户，并将最终协同用户数目记为N，其中N＝2；

步骤7：1号和2最终协同用户号首先估计自身与主用户的干扰链路间的信道增益，设定g₁＝0.3+0.4i和g₁＝0.6+0.8i为1号和2最终协同用户与主用户间的干扰链路增益，1号最终协同用户波束成形因子w₁的角度θ₁满足

其中

为1号最终协同用户与次级源用户之间的信道信息h₁的角度

波束成形因子w₁幅度|w₁|由

计算得|w₁|＝1.05，2号最终协同用户波束成形因子w₂的角度θ₂满足其中为2号最终协同用户与次级源用户之间的信道信息h₂的角度

波束成形因子w₂幅度|w₂|由

计算得|w₂|＝0.39其中，设定I_pu＝10dBm为主用户对1号和2号最终协同用户的干扰功率，

为系统噪声功率，次级源用户的发送功率p_s＝10dBm，I_th为主用户的能承受的干扰功率门限，其中所述干扰功率门限I_th由所述步骤2获得，干扰功率I_pu、系统噪声功率

和次级源用户的发送功率p_s由1号、2号最终协同用户检测获得；

步骤8：最终协同用户将接收到的信号与波束成形因子相乘后转发给基站；

步骤9：基站采用阵列天线接收，基站对H₂H₁P_sW(H₂H₁P_sW)^H进行特征值分解得到最大特征值所对应的归一化特征向量(-0.87+0.59i，-0.11+0.37i)，并把归一化特征向量(-0.87+0.59i，-0.11+0.37i)作为阵列天线的波束成形向量值。

Claims (1)

1.一种认知无线电系统次级用户上行链路协同传输方法，其特征在于，所述的认知无线电系统包括主用户、次级用户和基站，所述的上行链路协同传输方法具体步骤为：

步骤1：基站接到次级源用户的协同通信请求后，统计小区内空闲的次级用户总数，记为F；

步骤2：基站通过认知网络的控制信道CRCCH向F个空闲次级用户发送控制信息并开始计时，控制信息的内容包括次级源用户的接入方式，次级源用户的通信频段信息以及基站要求各个空闲次级用户对空闲次级用户自身与次级源用户间的信道信息估计的请求；

步骤3：空闲次级用户侦听认知网络的控制信道CRCCH，当收到控制信息后，估计空闲次级用户与次级源用户之间的信道信息h_f，f∈(1,...,F)，并将h_f反馈回基站；

步骤4：基站处理在第一时间门限T₁内接收到的空闲次级用户反馈的信道信息h_f，f∈(1,...,F)，并计算乘积

其中|h_f|为信道信息h_f的幅度值，

为基站对基站自身与各个空闲的次级用户间信道信息估计的平均值，

为

的幅度值，基站按照乘积

由大到小将空闲次级用户排序，选定顺序靠前的E个空闲次级用户作为初步选取的协同用户，其中E<F，基站利用认知网络的控制信道CRCCH将选取结果发送给各个空闲次级用户，超过第一时间门限T₁返回的信道信息，基站不予处理；

步骤5：空闲次级用户侦听CRCCH，根据初步选取结果判断自己是否作为最初选定的协同用户，如果否，则保持空闲状态继续侦听CRCCH；如果是最初选定的协同用户，则启动定时器进入信号接收状态，等待次级源用户信号的到来；

步骤6：如果最初选定的协同用户的接收等待时间超过第二时间门限T₂，则退出信号接收状态转入空闲状态；如果最初选定的协同用户的接收等待时间没有超过时间门限T₂，则确定为最终协同用户，并将最终协同用户数目记为N，其中N≤E；

步骤7：最终协同用户根据次级源用户的频谱接入方式设定波束成形因子，

如果次级源用户以覆盖overlay方式接入频谱，则由所有最终协同用户向基站发送波束成形因子请求BCR，基站响应波束成形因子请求BCR，基站将H₂H₁P_s(H₂H₁P_s)^H进行特征值分解，并从中找出最大特征值和最大特征值所对应的特征向量，并以所述特征向量作为含有所有最终协同用户波束成形因子的波束成形向量W反馈给各个最终协同用户，各个最终协同用户按照基站反馈的波束成形向量W设置各自的波束成形因子，其中，W是N个最终协同用户波束成形因子w_n组成的列向量，W=(w₁,...,w_N)^T，H₂是由N个最终协同用户与基站各天线间的信道信息构成的M×N阶矩阵，M为基站接收阵列天线的天线数目，H₁=diah(h₁,...,h_N)为次级源用户与N个最终协同用户之间的信道信息组成的N维对角阵，为由基站分配给次级源用户的发送功率p_s组成的N维对角阵；

如果次级源用户以衬垫underlay方式接入频谱，则各个最终协同用户首先估计自身与主用户的干扰链路间的信道增益，然后各自确定自己的波束成形因子，任一最终协同用户n的波束成形因子w_n的角度θ_n满足

其中，n∈(1,..,N)，

为任一最终协同用户n与次级源用户之间的信道信息h_n的角度，每个波束成形因子w_n幅度|w_n|为：

其中g_n为任一最终协同用户n与主用户间的干扰链路增益，I_pu为主用户对任一最终协同用户n的干扰功率，

为噪声功率，I_th为主用户的能承受的干扰功率门限；

步骤8：最终协同用户将接收到的信号与波束成形因子相乘后转发给基站；

步骤9：基站采用阵列天线接收，基站对H₂H₁P_sW(H₂H₁P_sW)^H进行特征值分解得到最大特征值，再将最大特征值所对应特征向量归一化，并把归一化特征向量作为阵列天线的波束成形向量值。

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