一种基于波束成形的抗干扰频谱接入方法技术

一种基于波束成形的抗干扰频谱接入方法，在该方法中，认知用户以协作的方式接入授权用户的频谱，通过解码转发的方式帮助转发授权用户的信息。如果认知用户可以帮助授权用户达到目标速率，授权用户就会分配带宽和部分时间给认知用户，使其接入频谱。否则认知用户无法接入，授权用户直传发送自己信息。在第二个时隙中，认知用户利用多天线采用迫零波束成形的方法，使用一部分功率帮助转发授权用户的信息使其达到目标速率，并用剩下功率发送自身信息。本发明专利技术有效消除了授权用户和认知用户之间相互干扰的问题，提升用户性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信领域中的认知无线电通信
，尤其是一种频谱接入方法。
技术介绍
随着无线通信的高速发展，频谱资源变得越来越稀缺。美国联邦通信委员会(FCC)的大量研究报告表明当前无线频谱的利用率很低，只有15％～85％。其中频谱资源分配不均是个很重要的因素。现有的静态频谱资源分配方式导致部分授权频带用户空闲时会造成频谱资源的浪费，而非授权频段则异常拥挤。认知无线电技术可以感知并利用周围环境空闲频谱，从而使得非授权用户有能力接入频谱。在发射端和接收端安装多个天线，使得信号通过发射端与接收端的多个天线进行传输，能够改善通信质量，可以在不增加频谱资源和发射功率的情况下提高系统信道容量。在现有基于多天线的认知无线电共存式频谱接入方法中，认知用户接入授权频谱后利用相同的频谱同时发送授权用户和自己的信息，授权用户和认知用户之间会存在干扰，使得原本就非常有限的频谱资源得不到充分利用，授权用户和认知用户的性能也会由于干扰受到影响。
技术实现思路
为了克服现有基于多天线的共存式频谱接入技术无法解决授权用户和认知用户之间的干扰问题的不足，本专利技术提供一种有效消除授权用户和认知用户之间相互干扰的问题的基于波束成形的抗干扰频谱接入方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于波束成形的抗干扰频谱接入方法，通信系统由一个主系统和一个认知系统组成，其中主系统包括授权用户发送端和授权用户接收端，所述主系统支持中继功能，有一段W带宽组成的授权频谱；认知系统包括认知用户发送端和认知用户接收端，其中认知用户发送端安装有多个天线，所述认知系统能够模拟主系统中的无线电协议和系统参数；所述基于波束成形的抗干扰频谱接入方法包括以下步骤：1)认知用户以协作方式接入授权用户的频谱，认知用户接收到授权用户的信息后，通过解码转发协作方式帮助发送授权用户的信息到授权用户接收端；2)计算授权用户通过认知用户协作帮助后获得的速率RP；3)如果RP≥RT，则授权用户就会分配一半时间给认知用户，授权其接入自己的频谱，认知用户接入授权用户频谱以后，利用多天线采用迫零波束成形算法，分配一部分功率转发授权用户信息，利用剩下的功率发送自己的信息；否则授权用户通过直传发送自己的信息；授权用户和认知用户之间波束成形和功率分配问题建模为:maxP2RS---(1)]]>满足以下条件RP≥RTP1||f1||2+P2||f2||2=PS---(2)]]>其中，RT表示授权用户的目标速率，f1，f2表示波束成型向量，PS表示认知用户发送端总功率，P1，P2表示功率分配因子，RP和RS分别表示认知用户接入授权频谱后，授权用户和认知用户获得的速率。通过迫零波束成形算法得到波束成形矩阵:其中，H＝[h1Hh2H]H，h1和h2分别表示认知用户发送端到授权用户接收端和认知用户发送端到认知用户接收端链路多天线信道系数矩阵,F＝[f1f2]为认知用户发送端的波束成形矩阵；通过数学优化方法获得最优功率分配:P2=PS-(22RTW-1)||f1||2σ12||f2||2---(4)]]>P1=PS-P2||f2||2||f1||2---(5)]]>其中，W表示授权带宽，σ12表示认知用户发送端到授权用户接收端链路的噪声方差。进一步，所述步骤3)中，认知用户通过两个时隙解码转发协作方式接入授权用户频谱，利用迫零波束成形算法消除授权用户和认知用户的共信道干扰；在第一个时隙，占用一半发送时间，授权用户发送信息给认知用户发送端，授权用户发送端到认知用户发送端链路的速率为:R3=12Wlog2(1+||h3||2PPσ32)---(6)]]>其中，h3表示授权用户发送端到认知用户发送端链路多天线信道系数矩阵，PP表示授权用户发送端功率，σ32授权用户发送端到认知用户发送端链路的噪声方差。在第二个时隙，占用另一半时间，认知用户发送端利用自己的多天线采用波束成形算法同时向授权用户接收端和认知用户接收端发送信息，授权用户和认知用户在第二个时隙获得的速率分别为：R1=12Wlog2(1+P1|h1f1|2|h1f2|2+σ12)---(7)]]>RS=R2=12Wlog2(1+P2|h2f2|2P1|h2f1|2+σ22)---(8)]]>其中σ22表示认知用户发送端到认知用户接收端链路噪声方差；所以授权用户通过两个时隙后获得的速率为：RP＝min{R1,R3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于波束成形的抗干扰频谱接入方法，通信系统由一个主系统和一个认知系统组成，其中主系统包括授权用户发送端和授权用户接收端，所述主系统支持中继功能，有一段W带宽组成的授权频谱；认知系统包括认知用户发送端和认知用户接收端，其中认知用户发送端安装有多个天线，所述认知系统能够模拟主系统中的无线电协议和系统参数；其特征在于：所述基于波束成形的抗干扰频谱接入方法包括以下步骤：1)认知用户以协作方式接入授权用户的频谱，认知用户接收到授权用户的信息后，通过解码转发协作方式帮助发送授权用户的信息到授权用户接收端；2)计算授权用户通过认知用户协作帮助后获得的速率RP；3)如果RP≥RT，则授权用户就会分配一半时间给认知用户，授权其接入自己的频谱，认知用户接入授权用户频谱以后，利用多天线采用迫零波束成形算法，分配一部分功率转发授权用户信息，利用剩下的功率发送自己的信息；否则授权用户通过直传发送自己的信息；授权用户和认知用户之间波束成形和功率分配问题建模为:maxP2RS---(1)]]>满足以下条件RP≥RTP1||f1||2+P2||f2||2=PS---(2)]]>其中，RT表示授权用户的目标速率，f1，f2表示波束成型向量，PS表示认知用户发送端总功率，P1，P2表示功率分配因子，RP和RS分别表示认知用户接入授权频谱后，授权用户和认知用户获得的速率。通过迫零波束成形算法得到波束成形矩阵:其中，H＝[h1H h2H]H，h1和h2分别表示认知用户发送端到授权用户接收端和认知用户发送端到认知用户接收端链路多天线信道系数矩阵,F＝[f1 f2]为认知用户发送端的波束成形矩阵；通过数学优化方法获得最优功率分配:P2=PS-(22RTW-1)||f1||2σ12||f2||2---(4)]]>P1=PS-P2||f2||2||f1||2---(5)]]>其中，W表示授权带宽，σ12表示认知用户发送端到授权用户接收端链路的噪声方差。...

【技术特征摘要】
1.一种基于波束成形的抗干扰频谱接入方法，通信系统由一个主系统和一个认知系统组成，其中主系统包括授权用户发送端和授权用户接收端，所述主系统支持中继功能，有一段W带宽组成的授权频谱；认知系统包括认知用户发送端和认知用户接收端，其中认知用户发送端安装有多个天线，所述认知系统能够模拟主系统中的无线电协议和系统参数；其特征在于：所述基于波束成形的抗干扰频谱接入方法包括以下步骤：1)认知用户以协作方式接入授权用户的频谱，认知用户接收到授权用户的信息后，通过解码转发协作方式帮助发送授权用户的信息到授权用户接收端；2)计算授权用户通过认知用户协作帮助后获得的速率RP；3)如果RP≥RT，则授权用户就会分配一半时间给认知用户，授权其接入自己的频谱，认知用户接入授权用户频谱以后，利用多天线采用迫零波束成形算法，分配一部分功率转发授权用户信息，利用剩下的功率发送自己的信息；否则授权用户通过直传发送自己的信息；授权用户和认知用户之间波束成形和功率分配问题建模为:maxP2RS---(1)]]>满足以下条件RP≥RTP1||f1||2+P2||f2||2=PS---(2)]]>其中，RT表示授权用户的目标速率，f1，f2表示波束成型向量，PS表示认知用户发送端总功率，P1，P2表示功率分配因子，RP和RS分别表示认知用户接入授权频谱后，授权用户和认知用户获得的速率。通过迫零波束成形算法得到波束成形矩阵:其中，H＝[h1Hh2H]H，h1和h2分别表示认知用户发送端到授权用户接收端和认知用户发送端到认知用户接收端链路多天线信道系数矩阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢为党，汪燕冰，王梦云，彭宏，徐志江，华惊宇，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33