[發明專利]一種基于聯合極化適配和波束賦形處理的極化?空域頻譜共享方法

有效

• 申請號: 201410208995.0
• 申請日: 2014-05-16
• 公開（公告）號: CN104023340B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 郭彩麗;厲東明;曾志民;馮春燕;林曉琳
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04W16/14
• 分類號: H04W16/14;H04B7/10
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所11121
• 代理人: 趙文穎

技術領域

本發明屬于通信技術領域，涉及一種極化-空域頻譜共享技術，具體地說，是指一種基于聯合極化適配和波束賦形處理的極化-空域頻譜共享方法。

背景技術

無線頻譜資源是一種不可再生的寶貴資源，為了提升頻譜資源利用率，多對認知用戶(SU,Secondary User)通常會競爭使用授權頻譜。在多對SU和一對授權用戶(PU,Primary User)共存的場景下，SU首先需要避免對PU的干擾，其次需要解決SU之間的相互干擾以保證對授權頻段的高效利用。對于上述問題，目前SU主要采用基于協商、拍賣、CSMA隨機接入和博弈論等理論的頻譜共享方法，實現多對SU對授權頻譜的共享。然而，上述傳統方法由于不能有效消除多對SU對PU的干擾，而使得多對SU不能與PU同時同頻共存，因此傳統的方法對頻譜效率的提升是有限的。

發明內容

本發明的目的是為了解決頻譜共享場景下，多對SU和PU之間的干擾問題，提供一種基于聯合極化適配和波束賦形處理的極化-空域頻譜共享方法。

本發明的一種基于聯合極化適配和波束賦形處理的極化-空域頻譜共享方法，包括如下步驟：

步驟一：對SU和PU進行極化域和空域信號表征；

步驟二：將SU的到達和離去過程建模為泊松過程，進一步利用馬爾科夫鏈描述授權頻譜的動態轉移特性，并根據歸一化方程計算授權頻譜處于每種可能狀態的概率；

步驟三：利用步驟三得到的結果計算每種授權頻譜狀態下SU的吞吐量，進而計算涉及所有授權頻譜狀態的SU加權吞吐量；

步驟四：SU采樣PU信號，基于降噪后的PU信號，利用SU和PU之間上下行信道的互易性進行盲極化適配處理，得到對PU無干擾的SU發送極化狀態；

步驟五：以SU加權吞吐量為優化目標，以SU的接收極化狀態和波束賦形向量為待求解變量，采用群智能算法求解二次型分式優化問題。

本發明的優點與積極效果在于：

(1)由于能使多對SU和PU同時共存于同一授權頻段，頻譜效率得以更大幅度的提升；

(2)由于有效消除了對PU的干擾，即使PU出現于授權頻段，SU也不必退出授權頻段，因此提高了SU通信的連續性；

(3)本發明的數學建模考慮了授權頻段的動態特性，使得極化-空域頻譜機會對動態變化的通信環境具有魯棒性。

附圖說明

圖1是本發明的頻譜共享系統示意圖；

圖2是本發明的極化-空域頻譜共享方法的流程示意圖；

圖3是授權頻譜的狀態轉移示意圖；

圖4是具有極化-空域頻譜共享功能的OFDM發射機原理示意圖；

具體實施方式

下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。

本發明在MIMO-ODPA(Multiple Input Multiple Output–Orthogonal Dual Polarized Antennas，空間上分離的多副正交雙極化天線)天線配置的基礎上，將授權頻譜狀態轉移建模為馬爾科夫鏈，并進一步利用哈達瑪乘積來表示信號極化域和空域之間的相互關系，建立了加權的分式二次型優化問題。通過求解此優化問題，得到SU發送和接收極化狀態以及波束賦形向量，用上述向量作為OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復用技術)發射機上功分和移相單元以及波束賦形處理單元的輸入，則可實現極化-空域頻譜共享功能。本發明實現了對授權頻譜的多次利用，可大幅度地提升授權頻段的頻譜效率。

本發明的一種基于聯合極化適配和波束賦形處理的極化-空域頻譜共享方法，流程如圖2所示，包括如下步驟：

步驟一：對SU和PU進行極化域和空域信號表征；

考慮到授權系統和認知系統分別有其各自的多址方式，假設授權系統和認知系統內部的用戶之間均無相互干擾，而同頻干擾只存在于PU與SU之間以及屬于不同系統的SU之間。