[发明专利]一种基于时间和带宽联合优化的协作抗干扰频谱接入方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信领域中的认知无线电通信技术领域，尤其是一种频谱接入方法。

背景技术

随着无线通信的发展，无线通信用户不断增多，业务需求快速增长，有限的无线频谱资源逐渐成为制约无线通信系统发展的瓶颈。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％，大部分频谱在多数时候并没有得到充分的利用，并且频谱使用情况非常不平衡，一些非授权频段占用过于拥挤，而某些授权频段则经常处于空闲状态。可见造成频谱资源紧缺的主要原因是现有的这种静态频谱管理方式和频谱分配策略。认知无线电技术能感知周围无线通信环境，在保证授权用户正常通信不受影响的前提下，伺机接入授权频谱，通过一定的学习和决策算法，自适应地改变系统工作参数来适应运行环境的变化，可以对频谱在时间，频率，空间上进行多维复用，从而提升频谱资源的利用率。

在认知无线电共存式频谱接入方法中，认知用户被允许在满足一定前提下与授权用户共用同一频段。授权用户把认知信号当作噪声来处理，通过限定认知用户对授权用户的干扰水平，使其不超过一定的限值，来达到频谱共享的目的。然而在这种频谱接入方法中，由于认识用户和授权用户使用相同的频谱同时进行通信，他们之间始终存在干扰，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。

发明内容

针对现有共存式频谱接入技术中的缺陷，解决授权用户和认知用户之间相互干扰的问题、克服用户性能受限的不足，本发明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、提升用户性能的基于时间和带宽联合优化的协作抗干扰频谱接入方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于时间和带宽联合优化的协作抗干扰频谱接入方法，无线电通信系统包括一个授权系统和一个认知系统，其中，授权系统由一个授权用户发送端和授权接收端组成，所述授权系统支持中继功能，有一段W带宽组成的授权频谱；认知系统由一个认知用户发送端和认知接收端组成，所述认知系统试图利用可能的传输机会接入授权系统的频谱，能够模拟授权系统中的无线电协议和系统参数；所述基于时间和带宽联合优化的协作抗干扰频谱接入方法包括以下过程：

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R_P；

3)如果R_p≥R_t，则授权用户就会分配一部分时间给认识用户，授权其接入自己的频谱，认知用户接入授权用户的频谱后，利用一部分的带宽转发授权用户的信息，利用剩余的带宽发送自己的信息；否则，授权用户继续通过直传发送自己的信息；

授权用户和认知用户之间的时间和带宽分配问题建模为：

满足以下条件

其中，R_t表示授权用户的目标速率，t表示授权用户在第一个时隙发送自己信息所占的时间，b表示认识用户在第二个时隙帮助转发授权用户信息所占的带宽，R_p和R_s分别表示认知用户接入授权用户频谱后，授权用户和认知用户获得的速率：

R_s＝(1-t)(1-b)R₄(4)

其中，P_s表示认知用户的发射功率，γ₄表示认知用户发送端到认知用户接收端链路的信道增益，N₀表示噪声功率谱密度，和分别表示授权用户在第一个和第二个时隙获得的速率：

其中，P_p表示授权用户的发射功率，γ₁和γ₂分别表示授权用户发射端到授权用户接收端和到认知用户发送端链路的信道增益,γ₃表示认知用户发送端到授权用户接收端链路的信道增益。

通过数学优化方法获得上述的最优时间t*和带宽分配b*：

进一步，所述步骤2)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的频谱；

在第一个时隙，占用时间t，授权用户发送端用全部W带宽发送信息给授权接收端和认知用户发送端，所以授权用户发送端到认知用户发送端链路的速率为：