專利名稱：認(rèn)知系統(tǒng)空頻域聯(lián)合資源建模及評(píng)估方法
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(píng)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(jìn)行資源聯(lián)合建模與評(píng)估，有助于認(rèn)知系統(tǒng)進(jìn)行無線資源的合理選擇，用于授權(quán)系統(tǒng)與認(rèn)知系統(tǒng)共同覆蓋區(qū)域的無線資源評(píng)估與管理。
背景技術(shù)：
隨著認(rèn)知無線電(Cognitive radio,CR)的發(fā)展,動(dòng)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(rèn)知無線電僅考慮頻率域，即一維認(rèn)知與資源管理，當(dāng)授權(quán)用戶(Primary user,PU)出現(xiàn),認(rèn)知用戶(Cognitive user,⑶)就要避讓。如果此時(shí)認(rèn)知用戶沒有獲得備選信道，則認(rèn)知用戶中斷。目前實(shí)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(rèn)知用戶持續(xù)接入授權(quán)頻道中進(jìn)行通信，但認(rèn)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(zhǔn)確感知頻譜環(huán)境，對(duì)感知到的頻譜特征信息進(jìn)行分析，選擇最優(yōu)的空閑頻道，利用頻譜空洞進(jìn)行通信。在重疊共享方式中，無論授權(quán)用戶有無進(jìn)行通信，認(rèn)知用戶都要受到干擾容限的限制，使得認(rèn)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(jī)會(huì)；而交叉共享雖對(duì)認(rèn)知用戶的發(fā)射功率無嚴(yán)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(rèn)知用戶在無頻譜空洞時(shí)的中斷率很高。最重要的是兩種共享方式都是在頻域進(jìn)行，對(duì)系統(tǒng)資源的利用未考慮到通信資源的多樣性。針對(duì)上述兩種方式的不足，考慮到通信是對(duì)包括頻率在內(nèi)的多種類型資源，如時(shí)間、功率、空間、天線和計(jì)算能力等的綜合使用，因此有必要進(jìn)行聯(lián)合資源管理，以達(dá)到對(duì)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(rèn)知用戶可以通過在空域上與授權(quán)用戶正交或者準(zhǔn)正交，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)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(hào)處理，能夠獲得高的傳輸效率和鏈路可靠性。研究人員將認(rèn)知技術(shù)與多輸入多輸出 (Multi-input multi-output, MIM0)技術(shù)相結(jié)合,利用多天線提供的空域信號(hào)處理能力來設(shè)計(jì)頻譜感知與共享方法。當(dāng)存在頻譜空洞時(shí)，采用傳統(tǒng)的機(jī)會(huì)頻譜接入(Opportunistic spectrum access,0SA)方式。無空閑頻譜資源時(shí)，由認(rèn)知基站與認(rèn)知用戶利用經(jīng)過預(yù)處理的信道信息進(jìn)行空間相關(guān)度評(píng)價(jià)，在確保授權(quán)用戶不受干擾的前提下，利用空域資源實(shí)現(xiàn)了認(rèn)知用戶的通信。該方法在存在頻譜空洞時(shí)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(shí)，則可以利用空域資源與授權(quán)用戶在授權(quán)頻道進(jìn)行共存，實(shí)現(xiàn)頻譜共享，減少了認(rèn)知用戶的中斷率。但該方法在利用空域資源時(shí)，對(duì)無線資源進(jìn)行評(píng)估時(shí)存在以下不足(I)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(chǎng)景中研究。(2)發(fā)射端進(jìn)行預(yù)編碼時(shí)對(duì)信道資源進(jìn)行評(píng)估僅根據(jù)認(rèn)知通信與CBS對(duì)PU 干擾的空間特征是不完整的，還應(yīng)綜合考慮認(rèn)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(chǎng)景中，認(rèn)知通信固定采用主特征模式進(jìn)行波束成形(Beamforming, BF)方式傳輸并不合理，因?yàn)樵谶M(jìn)行信號(hào)處理后主特征模式有可能非最佳， 因此應(yīng)在考慮信號(hào)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(píng)估不全面的缺點(diǎn)，提出一種優(yōu)化的空頻域聯(lián)合資源建模及評(píng)估方法，以便認(rèn)知系統(tǒng)對(duì)無線資源進(jìn)行合理的選擇，充分利用空頻域資源以提高認(rèn)知系統(tǒng)的通信性能。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)思路，是當(dāng)授權(quán)系統(tǒng)沒有空閑頻道時(shí)，獲得認(rèn)知接收機(jī) (Cognitive receiver, CRx)與認(rèn)知發(fā)射機(jī)(Cognitive transmitter, CTx)之間以及認(rèn)知系統(tǒng)與授權(quán)系統(tǒng)之間的信道矩陣信息H，并對(duì)其進(jìn)行奇異值分解，即將信道信息等效為 rank(H)個(gè)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(biāo)準(zhǔn)正交化以及相關(guān)運(yùn)算等一系列處理，分別計(jì)算出認(rèn)知發(fā)射端以及認(rèn)知接收端認(rèn)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(píng)估因子，實(shí)現(xiàn)對(duì)空域資源質(zhì)量的聯(lián)合評(píng)估。最后，實(shí)現(xiàn)對(duì)空頻域資源的聯(lián)合建模和評(píng)估。步驟包括如下I.頻譜感知假設(shè)授權(quán)系統(tǒng)有N個(gè)頻道，首先進(jìn)行頻譜感知，根據(jù)感知結(jié)果構(gòu)造頻率資源向量F = [f: f2 A fN]其中&表示第i個(gè)頻道的頻道資源，當(dāng)fi = l(i G {I, L，N})表示該頻道忙，無空閑的頻道資源；當(dāng)fi = 0(i G {I,L,N})表示該頻道空閑,有空閑頻道。向量的元素反映該頻道的使用狀況，構(gòu)造了頻率資源向量。2.獲得信道矩陣信息并處理當(dāng)授權(quán)系統(tǒng)不存在頻譜空洞時(shí)，首先獲得系統(tǒng)的信道矩陣信息H，并對(duì)其進(jìn)行奇異
值分解 H = UA (V)H，其中 A =CliagO1,入 2，L，入 rank (H)
MAi是矩陣H的第i奇異值)，U =[U1, L, Urank(H)], V = [V1, L, vrank(H)]，進(jìn)行奇異值分解后信道矩陣信息等效為rank (H)個(gè)并行子信道。3.構(gòu)造矩陣
_3]構(gòu)造中間矩陣
權(quán)利要求
1.一種認(rèn)知系統(tǒng)空頻域聯(lián)合資源建模及評(píng)估方法，包括以下步驟步驟I :頻譜感知；假設(shè)授權(quán)系統(tǒng)有N個(gè)頻道，首先進(jìn)行頻譜感知，根據(jù)感知結(jié)果構(gòu)造頻率資源向量 F = Lf1 f2 A fN]其中fi表示第i個(gè)頻道的頻道資源，當(dāng)fi = Ki G {1，L，N})表示該頻道忙，無空閑的頻道資源；當(dāng)A = 0(i e {I, L，N})表示該頻道空閑，有空閑頻道；步驟2 :獲得信道矩陣信息并處理；當(dāng)授權(quán)系統(tǒng)不存在頻譜空洞時(shí)，首先獲得系統(tǒng)的信道矩陣信息H，并對(duì)其進(jìn)行奇異值分解H = UA(V)H，其中
全文摘要
本發(fā)明公開了一種認(rèn)知系統(tǒng)空頻域聯(lián)合資源建模及評(píng)估方法。首先，對(duì)獲得的認(rèn)知通信以及認(rèn)知通信對(duì)授權(quán)用戶干擾的信道矩陣信息進(jìn)行奇異值分解；其次，構(gòu)造中間矩陣，并分別對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)正交化處理；再次，分別在認(rèn)知發(fā)射端以及認(rèn)知接收端計(jì)算認(rèn)知通信與干擾的空間相關(guān)度；綜合考慮認(rèn)知通信特征模式傳輸增益，進(jìn)行空域資源質(zhì)量評(píng)估；在此基礎(chǔ)上，完成空頻域資源的聯(lián)合建模與質(zhì)量評(píng)估。本發(fā)明在綜合空間相關(guān)度和特征模式傳輸增益的基礎(chǔ)上進(jìn)行無線資源建模與評(píng)估，能夠更加準(zhǔn)確的描述無線資源，有利于認(rèn)知系統(tǒng)合理選擇無線資源，提高系統(tǒng)資源利用率，改善了認(rèn)知系統(tǒng)的通信性能。
文檔編號(hào)H04W16/14GK102547742SQ20121000249
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者劉勤, 劉明騫, 劉瑞雪, 李建東, 李釗, 王琳, 馬英紅 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)