[發(fā)明專利]認知系統(tǒng)空頻域聯(lián)合資源建模及評估方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210002492.9
• 申請日: 2012-01-06
• 公開（公告）號: CN102547742A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李釗;劉瑞雪;劉勤;李建東;劉明騫;馬英紅;王琳
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H04W16/14
• 分類號: H04W16/14;H04B17/00
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及頻域與空域的聯(lián)合資源建模與資源質(zhì)量評估，即綜合頻域的頻譜使用狀態(tài)信息以及空域的空間相關(guān)度和空間模式(也可稱為特征模式，Eigenmode)傳輸增益來進行資源聯(lián)合建模與評估，有助于認知系統(tǒng)進行無線資源的合理選擇，用于授權(quán)系統(tǒng)與認知系統(tǒng)共同覆蓋區(qū)域的無線資源評估與管理。

背景技術(shù)

隨著認知無線電(Cognitive?radio，CR)的發(fā)展，動態(tài)頻譜共享技術(shù)受到越來越廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)的認知無線電僅考慮頻率域，即一維認知與資源管理，當授權(quán)用戶(Primary?user，PU)出現(xiàn)，認知用戶(Cognitive?user，CU)就要避讓。如果此時認知用戶沒有獲得備選信道，則認知用戶中斷。目前實現(xiàn)頻譜共享的方法主要有重疊(Underlay)共享方式和交叉(Overlay)共享方式。重疊共享方式允許認知用戶持續(xù)接入授權(quán)頻道中進行通信，但認知用戶的發(fā)射功率受到限制，即不能超過授權(quán)信道所容許的干擾容限。交叉共享方式是通過準確感知頻譜環(huán)境，對感知到的頻譜特征信息進行分析，選擇最優(yōu)的空閑頻道，利用頻譜空洞進行通信。在重疊共享方式中，無論授權(quán)用戶有無進行通信，認知用戶都要受到干擾容限的限制，使得認知系統(tǒng)的通信性能受到影響，而且還不能充分利用潛在的可獲得的頻譜機會；而交叉共享雖對認知用戶的發(fā)射功率無嚴格限制，但沒有考慮到授權(quán)用戶的干擾容限，忽略了系統(tǒng)共存的可能，使得認知用戶在無頻譜空洞時的中斷率很高。最重要的是兩種共享方式都是在頻域進行，對系統(tǒng)資源的利用未考慮到通信資源的多樣性。

針對上述兩種方式的不足，考慮到通信是對包括頻率在內(nèi)的多種類型資源，如時間、功率、空間、天線和計算能力等的綜合使用，因此有必要進行聯(lián)合資源管理，以達到對資源的整體高效利用。傳統(tǒng)頻譜資源分配方法中授權(quán)用戶是獲得授權(quán)的，而空域資源是公開的，即授權(quán)用戶只是占用了有限空間的授權(quán)頻譜。因此，認知用戶可以通過在空域上與授權(quán)用戶正交或者準正交，實現(xiàn)兩個系統(tǒng)的通信在同一頻譜共存。多天線技術(shù)通過空域信號處理，能夠獲得高的傳輸效率和鏈路可靠性。研究人員將認知技術(shù)與多輸入多輸出(Multi-input?multi-output，MIMO)技術(shù)相結(jié)合，利用多天線提供的空域信號處理能力來設(shè)計頻譜感知與共享方法。當存在頻譜空洞時，采用傳統(tǒng)的機會頻譜接入(Opportunistic?spectrum?access，OSA)方式。無空閑頻譜資源時，由認知基站與認知用戶利用經(jīng)過預(yù)處理的信道信息進行空間相關(guān)度評價，在確保授權(quán)用戶不受干擾的前提下，利用空域資源實現(xiàn)了認知用戶的通信。該方法在存在頻譜空洞時充分利用了頻譜資源，也避免了傳統(tǒng)重疊共享方式中發(fā)射功率受限情況，在無頻譜空洞時，則可以利用空域資源與授權(quán)用戶在授權(quán)頻道進行共存，實現(xiàn)頻譜共享，減少了認知用戶的中斷率。但該方法在利用空域資源時，對無線資源進行評估時存在以下不足：(1)研究環(huán)境的局限性，即已有的研究是在有基礎(chǔ)設(shè)施的場景中研究。(2)發(fā)射端進行預(yù)編碼時對信道資源進行評估僅根據(jù)認知通信與CBS對PU干擾的空間特征是不完整的，還應(yīng)綜合考慮認知通信特征模式間的相關(guān)度與特征模式的傳輸增益。(3)在系統(tǒng)之間存在干擾的場景中，認知通信固定采用主特征模式進行波束成形(Beamforming，BF)方式傳輸并不合理，因為在進行信號處理后主特征模式有可能非最佳，因此應(yīng)在考慮信號處理影響的基礎(chǔ)上增加特征模式的選擇。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服已有的頻譜資源共享方式受限于授權(quán)頻道空閑與否，以及克服已有的空頻聯(lián)合資源評估不全面的缺點，提出一種優(yōu)化的空頻域聯(lián)合資源建模及評估方法，以便認知系統(tǒng)對無線資源進行合理的選擇，充分利用空頻域資源以提高認知系統(tǒng)的通信性能。

實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)思路，是當授權(quán)系統(tǒng)沒有空閑頻道時，獲得認知接收機(Cognitive?receiver，CRx)與認知發(fā)射機(Cognitive?transmitter，CTx)之間以及認知系統(tǒng)與授權(quán)系統(tǒng)之間的信道矩陣信息H，并對其進行奇異值分解，即將信道信息等效為rank(H)個并行子信道，其中rank(·)表示求矩陣的秩。通過構(gòu)造中間矩陣、標準正交化以及相關(guān)運算等一系列處理，分別計算出認知發(fā)射端以及認知接收端認知通信與干擾的空間相關(guān)度，聯(lián)合特征模式的傳輸增益構(gòu)造空域資源聯(lián)合評估因子，實現(xiàn)對空域資源質(zhì)量的聯(lián)合評估。最后，實現(xiàn)對空頻域資源的聯(lián)合建模和評估。步驟包括如下：

1.頻譜感知

假設(shè)授權(quán)系統(tǒng)有N個頻道，首先進行頻譜感知，根據(jù)感知結(jié)果構(gòu)造頻率資源向量