專利名稱：認知系統空頻域聯合資源建模及評估方法
技術領域：
本發明屬于通信技術領域，涉及頻域與空域的聯合資源建模與資源質量評估，即綜合頻域的頻譜使用狀態信息以及空域的空間相關度和空間模式(也可稱為特征模式， Eigenmode)傳輸增益來進行資源聯合建模與評估，有助于認知系統進行無線資源的合理選擇，用于授權系統與認知系統共同覆蓋區域的無線資源評估與管理。
背景技術：
隨著認知無線電(Cognitive radio,CR)的發展,動態頻譜共享技術受到越來越廣泛的關注。傳統的認知無線電僅考慮頻率域，即一維認知與資源管理，當授權用戶(Primary user,PU)出現,認知用戶(Cognitive user,⑶)就要避讓。如果此時認知用戶沒有獲得備選信道，則認知用戶中斷。目前實現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知用戶持續接入授權頻道中進行通信，但認知用戶的發射功率受到限制，即不能超過授權信道所容許的干擾容限。交叉共享方式是通過準確感知頻譜環境，對感知到的頻譜特征信息進行分析，選擇最優的空閑頻道，利用頻譜空洞進行通信。在重疊共享方式中，無論授權用戶有無進行通信，認知用戶都要受到干擾容限的限制，使得認知系統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會；而交叉共享雖對認知用戶的發射功率無嚴格限制，但沒有考慮到授權用戶的干擾容限，忽略了系統共存的可能，使得認知用戶在無頻譜空洞時的中斷率很高。最重要的是兩種共享方式都是在頻域進行，對系統資源的利用未考慮到通信資源的多樣性。針對上述兩種方式的不足，考慮到通信是對包括頻率在內的多種類型資源，如時間、功率、空間、天線和計算能力等的綜合使用，因此有必要進行聯合資源管理，以達到對資源的整體高效利用。傳統頻譜資源分配方法中授權用戶是獲得授權的，而空域資源是公開的，即授權用戶只是占用了有限空間的授權頻譜。因此，認知用戶可以通過在空域上與授權用戶正交或者準正交，實現兩個系統的通信在同一頻譜共存。多天線技術通過空域信號處理，能夠獲得高的傳輸效率和鏈路可靠性。研究人員將認知技術與多輸入多輸出 (Multi-input multi-output, MIM0)技術相結合,利用多天線提供的空域信號處理能力來設計頻譜感知與共享方法。當存在頻譜空洞時，采用傳統的機會頻譜接入(Opportunistic spectrum access,0SA)方式。無空閑頻譜資源時，由認知基站與認知用戶利用經過預處理的信道信息進行空間相關度評價，在確保授權用戶不受干擾的前提下，利用空域資源實現了認知用戶的通信。該方法在存在頻譜空洞時充分利用了頻譜資源，也避免了傳統重疊共享方式中發射功率受限情況，在無頻譜空洞時，則可以利用空域資源與授權用戶在授權頻道進行共存，實現頻譜共享，減少了認知用戶的中斷率。但該方法在利用空域資源時，對無線資源進行評估時存在以下不足(I)研究環境的局限性，即已有的研究是在有基礎設施的場景中研究。(2)發射端進行預編碼時對信道資源進行評估僅根據認知通信與CBS對PU 干擾的空間特征是不完整的，還應綜合考慮認知通信特征模式間的相關度與特征模式的傳輸增益。(3)在系統之間存在干擾的場景中，認知通信固定采用主特征模式進行波束成形(Beamforming, BF)方式傳輸并不合理，因為在進行信號處理后主特征模式有可能非最佳， 因此應在考慮信號處理影響的基礎上增加特征模式的選擇。

發明內容
本發明的目的在于克服已有的頻譜資源共享方式受限于授權頻道空閑與否，以及克服已有的空頻聯合資源評估不全面的缺點，提出一種優化的空頻域聯合資源建模及評估方法，以便認知系統對無線資源進行合理的選擇，充分利用空頻域資源以提高認知系統的通信性能。實現本發明的技術思路，是當授權系統沒有空閑頻道時，獲得認知接收機 (Cognitive receiver, CRx)與認知發射機(Cognitive transmitter, CTx)之間以及認知系統與授權系統之間的信道矩陣信息H，并對其進行奇異值分解，即將信道信息等效為 rank(H)個并行子信道，其中rank( )表示求矩陣的秩。通過構造中間矩陣、標準正交化以及相關運算等一系列處理，分別計算出認知發射端以及認知接收端認知通信與干擾的空間相關度，聯合特征模式的傳輸增益構造空域資源聯合評估因子，實現對空域資源質量的聯合評估。最后，實現對空頻域資源的聯合建模和評估。步驟包括如下I.頻譜感知假設授權系統有N個頻道，首先進行頻譜感知，根據感知結果構造頻率資源向量F = [f: f2 A fN]其中&表示第i個頻道的頻道資源，當fi = l(i G {I, L，N})表示該頻道忙，無空閑的頻道資源；當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，構造了頻率資源向量。2.獲得信道矩陣信息并處理當授權系統不存在頻譜空洞時，首先獲得系統的信道矩陣信息H，并對其進行奇異
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)]，進行奇異值分解后信道矩陣信息等效為rank (H)個并行子信道。3.構造矩陣
_3]構造中間矩陣
權利要求
1.一種認知系統空頻域聯合資源建模及評估方法，包括以下步驟步驟I :頻譜感知；假設授權系統有N個頻道，首先進行頻譜感知，根據感知結果構造頻率資源向量 F = Lf1 f2 A fN]其中fi表示第i個頻道的頻道資源，當fi = Ki G {1，L，N})表示該頻道忙，無空閑的頻道資源；當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；當授權系統不存在頻譜空洞時，首先獲得系統的信道矩陣信息H，并對其進行奇異值分解H = UA(V)H，其中
全文摘要
本發明公開了一種認知系統空頻域聯合資源建模及評估方法。首先，對獲得的認知通信以及認知通信對授權用戶干擾的信道矩陣信息進行奇異值分解；其次，構造中間矩陣，并分別對其進行標準正交化處理；再次，分別在認知發射端以及認知接收端計算認知通信與干擾的空間相關度；綜合考慮認知通信特征模式傳輸增益，進行空域資源質量評估；在此基礎上，完成空頻域資源的聯合建模與質量評估。本發明在綜合空間相關度和特征模式傳輸增益的基礎上進行無線資源建模與評估，能夠更加準確的描述無線資源，有利于認知系統合理選擇無線資源，提高系統資源利用率，改善了認知系統的通信性能。
文檔編號H04W16/14GK102547742SQ20121000249
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者劉勤, 劉明騫, 劉瑞雪, 李建東, 李釗, 王琳, 馬英紅 申請人:西安電子科技大學