一種基于聯(lián)合極化適配和波束賦形處理的極化-空域頻譜共享方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了本發(fā)明的一種基于聯(lián)合極化適配和波束賦形處理的極化-空域頻譜共享方法，包括步驟一：對SU和PU進行極化域和空域信號表征；步驟二：計算授權(quán)頻譜處于每種可能狀態(tài)的概率；步驟三：利用步驟三得到的結(jié)果計算每種授權(quán)頻譜狀態(tài)下SU的吞吐量，進而計算涉及所有授權(quán)頻譜狀態(tài)的SU加權(quán)吞吐量；步驟四：得到對PU無干擾的SU發(fā)送極化狀態(tài)；步驟五：以SU加權(quán)吞吐量為優(yōu)化目標(biāo)，以SU的接收極化狀態(tài)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(yōu)化問題。本發(fā)明由于能使多對SU和PU同時共存于同一授權(quán)頻段，頻譜效率得以更大幅度的提升。
【專利說明】一種基于聯(lián)合極化適配和波束賦形處理的極化-空域頻譜共享方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于通信【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種極化-空域頻譜共享技術(shù)，具體地說，是指一種基于聯(lián)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(shù)】
[0002]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(rèn)知用戶(SU，Secondary User)通常會競爭使用授權(quán)頻譜。在多對SU和一對授權(quán)用戶(PU, Primary User)共存的場景下，SU首先需要避免對I3U的干擾，其次需要解決SU之間的相互干擾以保證對授權(quán)頻段的高效利用。對于上述問題，目前SU主要采用基于協(xié)商、拍賣、CSMA隨機接入和博弈論等理論的頻譜共享方法，實現(xiàn)多對SU對授權(quán)頻譜的共享。然而，上述傳統(tǒng)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(tǒng)的方法對頻譜效率的提升是有限的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)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(lián)合極化適配和波束賦形處理的極化-空域頻譜共享方法。
[0004]本發(fā)明的一種基于聯(lián)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:
[0005]步驟一:對SU和PU進行極化域和空域信號表征；
[0006]步驟二:將SU的到達(dá)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(quán)頻譜的動態(tài)轉(zhuǎn)移特性，并根據(jù)歸一化方程計算授權(quán)頻譜處于每種可能狀態(tài)的概率；
[0007]步驟三:利用步驟三得到的結(jié)果計算每種授權(quán)頻譜狀態(tài)下SU的吞吐量，進而計算涉及所有授權(quán)頻譜狀態(tài)的SU加權(quán)吞吐量；
[0008]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(fā)送極化狀態(tài)；
[0009]步驟五:以SU加權(quán)吞吐量為優(yōu)化目標(biāo)，以SU的接收極化狀態(tài)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(yōu)化問題。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果在于:
[0011](I)由于能使多對SU和PU同時共存于同一授權(quán)頻段，頻譜效率得以更大幅度的提升;
[0012](2)由于有效消除了對的干擾，即使PU出現(xiàn)于授權(quán)頻段，SU也不必退出授權(quán)頻段，因此提高了 SU通信的連續(xù)性；
[0013](3)本發(fā)明的數(shù)學(xué)建?？紤]了授權(quán)頻段的動態(tài)特性，使得極化-空域頻譜機會對動態(tài)變化的通信環(huán)境具有魯棒性?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的頻譜共享系統(tǒng)示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明的極化-空域頻譜共享方法的流程示意圖；
[0016]圖3是授權(quán)頻譜的狀態(tài)轉(zhuǎn)移示意圖；
[0017]圖4是具有極化-空域頻譜共享功能的OFDM發(fā)射機原理示意圖；
【具體實施方式】
[0018]下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明。
[0019]本發(fā)明在MIM0-0DPA (Multiple Input Multiple Output - Orthogonal DualPolarized Antennas,空間上分離的多副正交雙極化天線)天線配置的基礎(chǔ)上,將授權(quán)頻譜狀態(tài)轉(zhuǎn)移建模為馬爾科夫鏈，并進一步利用哈達(dá)瑪乘積來表示信號極化域和空域之間的相互關(guān)系，建立了加權(quán)的分式二次型優(yōu)化問題。通過求解此優(yōu)化問題，得到SU發(fā)送和接收極化狀態(tài)以及波束賦形向量，用上述向量作為OFDM (Orthogonal Frequency Divis1nMultiplexing，正交頻分復(fù)用技術(shù))發(fā)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(xiàn)極化-空域頻譜共享功能。本發(fā)明實現(xiàn)了對授權(quán)頻譜的多次利用，可大幅度地提升授權(quán)頻段的頻譜效率。
[0020]本發(fā)明的一種基于聯(lián)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:
[0021 ] 步驟一:對SU和PU進行極化域和空域信號表征；
[0022]考慮到授權(quán)系統(tǒng)和認(rèn)知系統(tǒng)分別有其各自的多址方式，假設(shè)授權(quán)系統(tǒng)和認(rèn)知系統(tǒng)內(nèi)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(tǒng)的SU之間。
[0023]一個典型的頻譜共享系統(tǒng)如圖1所示。由授權(quán)發(fā)射機和授權(quán)接收機組成一個授權(quán)通信鏈路，而認(rèn)知發(fā)射機STa與認(rèn)知接收機SRa組成認(rèn)知通信鏈路Sa，認(rèn)知發(fā)射機STb和認(rèn)知接收機SRb組成認(rèn)知通信鏈路Sb。在同一授權(quán)頻段上，兩個認(rèn)知鏈路和一個授權(quán)鏈路共存，并且SU利用極化和空間資源消除用戶之間的干擾。為了實現(xiàn)發(fā)送波束賦形功能，發(fā)送端需要裝有空間分離的多天線，因此這里假定認(rèn)知發(fā)射機裝有Nt = 2N(N = 1，2，3，...)根雙極化天線，而接收端只需實現(xiàn)接收極化的調(diào)節(jié)，不需要空間上的多天線，因此假定認(rèn)知接收機裝有隊=2根雙極化天線。由于每個ODPA由2根天線構(gòu)成，那么認(rèn)知發(fā)射機上ODPA的個數(shù)為N，而認(rèn)知接收機上ODPA的個數(shù)為1，假定采用單極化天線。
[0024]將PU的目標(biāo)信號信道表示為HP，SU的目標(biāo)信號信道分別表示為Hsa和Hsb。干擾信號信道標(biāo)記及其含義則如表1所示，其中SU-Sa和SU-Sb分別指認(rèn)知用戶Sa和Sb。
[0025]表1干擾信號信道標(biāo)記及其含義
[0026]
【權(quán)利要求】
1.一種基于聯(lián)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； 假設(shè)授權(quán)系統(tǒng)和認(rèn)知系統(tǒng)內(nèi)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(tǒng)的SU之間； 授權(quán)發(fā)射機和授權(quán)接收機組成一個授權(quán)通信鏈路，認(rèn)知發(fā)射機STa與認(rèn)知接收機SRa組成認(rèn)知通信鏈路Sa，認(rèn)知發(fā)射機STb和認(rèn)知接收機SRb組成認(rèn)知通信鏈路Sb，在同一授權(quán)頻段上，兩個認(rèn)知鏈路和一個授權(quán)鏈路共存，并且SU利用極化和空間資源消除用戶之間的干擾，假定認(rèn)知發(fā)射機裝有Nt = 2N根雙極化天線，N是取值為1，2，3，...的自然數(shù)，認(rèn)知接收機裝有隊=2根雙極化天線，認(rèn)知發(fā)射機上ODPA的個數(shù)為N，認(rèn)知接收機上ODPA的個數(shù)為I，假定PU采用單極化天線； 將PU的目標(biāo)信號信道表不為Hp, SU的目標(biāo)信號信道分別表不為Hsa和Hsb ;干擾信號信道標(biāo)記及其含義則如表1所示，其中SU-Sa和SU-Sb分別指認(rèn)知用戶Sa和Sb ； 表1干擾信號信道標(biāo)記及其含義

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聯(lián)合極化適配和波束賦形處理的極化-空域頻譜共享方法，所述的步驟五中，采用群智能算法按下面的算法求解乃，具體為: 算法的輸入:H
【文檔編號】H04B7/10GK104023340SQ201410208995
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】郭彩麗, 厲東明, 曾志民, 馮春燕, 林曉琳 申請人:北京郵電大學(xué)