[發明專利]一種基于空間復用的認知系統資源分配方法

有效

• 申請號: 201010230225.8
• 申請日: 2010-07-19
• 公開（公告）號: CN101925070A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發明（設計）人: 榮玫;廖學文;朱世華;任品毅
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04W16/14
• 分類號: H04W16/14;H04W72/08;H04W72/12
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域：

本發明涉及無線通信領域，涉及認知系統中空域資源的分配方法，尤其是一種基于空間復用的認知系統資源分配方法。

背景技術：

認知無線電技術可以顯著提高無線通信系統的頻譜效率，解決頻譜資源稀缺和頻譜利用率低之間的矛盾，成為近年來的一個研究熱點。現存的頻譜注冊網絡對所分配頻譜在時間和空間上使用的不連續性，使得大部分授權頻段在時間和空間上沒有得到充分的利用。因此，認知無線電網絡通過機會共享的方式，實現動態頻譜接入，就可以不改變原有授權系統的協議，在不影響授權用戶正常通信的前提下，與授權系統共享頻譜。頻譜共享主要分為兩種方式，即針對某一頻段，認知系統在授權系統不通信時才使用該頻段的覆蓋式(overlay)頻譜共享和二者可以同時使用該頻段，但認知系統對授權用戶的干擾要限定在干擾溫度之下的下襯式(underlay)頻譜共享。下襯式頻譜共享以其較高的頻譜效率和可實現性成為了一種具有吸引力的共享方式，被美國聯邦通信委員會作為認知無線電系統的主要頻譜共享方式。為了與覆蓋式頻譜共享方式相區別，學者們將覆蓋式認知無線電系統稱為經典認知無線電，將下襯式認知無線電系統稱為廣義認知無線電。

另外，多天線技術的引入為無線通信系統增加了空間自由度，是認知無線電網絡中用于消除干擾和提高頻譜效率的有效工具。

但在利用多天線技術的時候，在認知無線電網絡中需要解決以下一些問題：1.如何有效避免認知網絡對授權用戶的干擾；2、在避免對授權用戶干擾的前提下，如何將認知網絡性能最優化目標與授權用戶的干擾限制條件相結合，達到滿足干擾限制條件情況下的性能最優；3、在獲得較優性能的情況下，保證算法的復雜度適于在實際系統中采用。目前的方法中很難同時考慮這三個問題，有的方法綜合考慮了避免干擾和降低算法復雜度兩個方面的問題，給出了僅存在一個單天線授權用戶，并且認知用戶信道為多輸入單輸出(MISO)時的信道分配和發射信號相關矩陣的閉式解；對于認知用戶為多輸入多輸出(MIMO)的情況給出了直接奇異值分解(D-SVD)、映射奇異值分解(P-SVD)和混合奇異值分解(H-SVD)三種次優算法，然后將這些結果擴展到了網絡中有多個單天線授權用戶的情況。但并沒有對網絡中存在多個認知用戶這一更為普遍的情況進行討論，未能獲得認知網絡的多用戶分集，給認知網絡容量造成了一定損失。

發明內容：

本發明所解決的問題是發生在圖1場景中的，綜合考慮上面給出的三個方面的要求，在上述算法的基礎上，提出一種針對多天線多用戶認知無線電網絡場景，在保證授權用戶服務質量(QoS)要求的前提下，以認知用戶總吞吐量最大化為目標的基于F范數的頻譜共享方法。

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種基于空間復用的認知系統資源分配方法，按照如下步驟：

(1)建立多天線多用戶認知無線電網絡，該無線電網絡包括主系統和認知系統；所述主系統是集中式系統、蜂窩系統、頻分雙工的下行頻段或時分雙工的下行時隙；所述認知系統為分布式的系統，其中有多個認知通信用戶對；

(2)認知系統中每個節點對當前的某一信道進行感知，認知通信用戶對內的兩個用戶之間進行感知信息的交互；

(3)根據收集到的感知信息，多個認知通信用戶對中的發射節點交互各自通信鏈路的信道矩陣的F范數，同時這些用戶將收到的信道矩陣的F范數進行排序，將前Kopt個最大的F范數所屬的通信對標識為候選認知通信對；

(4)屬于候選認知通信對中發射節點的用戶將其對主用戶的干擾矩陣進行奇異值分解，得到干擾矩陣的零空間，并將其通信對的通信鏈路的信道矩陣投影在相應的干擾矩陣的零空間上；

(5)計算候選認知通信對進行投影后的信道矩陣的F范數，各候選認知通信對的發射節點將計算結果進行交互，候選發射節點對這些值進行排序，投影后的信道矩陣的F范數最大的通信對進行最終的資源占用和數據傳輸；

(6)應用注水原理，為選中的F范數最大的通信對的每個子信道進行功率分配，最大化認知系統和速率。

所述步驟(1)多天線多用戶認知無線電網絡是指：主系統為集中式的系統，授權用戶個數為K_p，每個授權用戶有N_p根天線；認知用戶對個數為K_c，且構成了K_c個通信對，每個通信對中有兩個認知用戶：CU_k和CU_ka，其中CU_k為發射節點，CU_ka為接收節點，另外，每個認知用戶有N_c根天線，授權基站天線數為M；