一种基于联合极化适配和波束赋形处理的极化-空域频谱共享方法
【专利摘要】本发明公开了本发明的一种基于联合极化适配和波束赋形处理的极化-空域频谱共享方法，包括步骤一：对SU和PU进行极化域和空域信号表征；步骤二：计算授权频谱处于每种可能状态的概率；步骤三：利用步骤三得到的结果计算每种授权频谱状态下SU的吞吐量，进而计算涉及所有授权频谱状态的SU加权吞吐量；步骤四：得到对PU无干扰的SU发送极化状态；步骤五：以SU加权吞吐量为优化目标，以SU的接收极化状态和波束赋形向量为待求解变量，采用群智能算法求解二次型分式优化问题。本发明由于能使多对SU和PU同时共存于同一授权频段，频谱效率得以更大幅度的提升。
【专利说明】一种基于联合极化适配和波束赋形处理的极化-空域频谱共享方法
【技术领域】
[0001]本发明属于通信【技术领域】，涉及一种极化-空域频谱共享技术，具体地说，是指一种基于联合极化适配和波束赋形处理的极化-空域频谱共享方法。
【背景技术】
[0002]无线频谱资源是一种不可再生的宝贵资源，为了提升频谱资源利用率，多对认知用户(SU，Secondary User)通常会竞争使用授权频谱。在多对SU和一对授权用户(PU, Primary User)共存的场景下，SU首先需要避免对I3U的干扰，其次需要解决SU之间的相互干扰以保证对授权频段的高效利用。对于上述问题，目前SU主要采用基于协商、拍卖、CSMA随机接入和博弈论等理论的频谱共享方法，实现多对SU对授权频谱的共享。然而，上述传统方法由于不能有效消除多对SU对PU的干扰，而使得多对SU不能与PU同时同频共存，因此传统的方法对频谱效率的提升是有限的。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了解决频谱共享场景下，多对SU和PU之间的干扰问题，提供一种基于联合极化适配和波束赋形处理的极化-空域频谱共享方法。
[0004]本发明的一种基于联合极化适配和波束赋形处理的极化-空域频谱共享方法，包括如下步骤:
[0005]步骤一:对SU和PU进行极化域和空域信号表征；
[0006]步骤二:将SU的到达和离去过程建模为泊松过程，进一步利用马尔科夫链描述授权频谱的动态转移特性，并根据归一化方程计算授权频谱处于每种可能状态的概率；
[0007]步骤三:利用步骤三得到的结果计算每种授权频谱状态下SU的吞吐量，进而计算涉及所有授权频谱状态的SU加权吞吐量；
[0008]步骤四:SU采样PU信号，基于降噪后的PU信号，利用SU和PU之间上下行信道的互易性进行盲极化适配处理，得到对PU无干扰的SU发送极化状态；
[0009]步骤五:以SU加权吞吐量为优化目标，以SU的接收极化状态和波束赋形向量为待求解变量，采用群智能算法求解二次型分式优化问题。
[0010]本发明的优点与积极效果在于:
[0011](I)由于能使多对SU和PU同时共存于同一授权频段，频谱效率得以更大幅度的提升;
[0012](2)由于有效消除了对的干扰，即使PU出现于授权频段，SU也不必退出授权频段，因此提高了 SU通信的连续性；
[0013](3)本发明的数学建模考虑了授权频段的动态特性，使得极化-空域频谱机会对动态变化的通信环境具有鲁棒性。【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明的频谱共享系统示意图；
[0015]图2是本发明的极化-空域频谱共享方法的流程示意图；
[0016]图3是授权频谱的状态转移示意图；
[0017]图4是具有极化-空域频谱共享功能的OFDM发射机原理示意图；
【具体实施方式】
[0018]下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0019]本发明在MIM0-0DPA (Multiple Input Multiple Output - Orthogonal DualPolarized Antennas,空间上分离的多副正交双极化天线)天线配置的基础上,将授权频谱状态转移建模为马尔科夫链，并进一步利用哈达玛乘积来表示信号极化域和空域之间的相互关系，建立了加权的分式二次型优化问题。通过求解此优化问题，得到SU发送和接收极化状态以及波束赋形向量，用上述向量作为OFDM (Orthogonal Frequency Divis1nMultiplexing，正交频分复用技术)发射机上功分和移相单元以及波束赋形处理单元的输入，则可实现极化-空域频谱共享功能。本发明实现了对授权频谱的多次利用，可大幅度地提升授权频段的频谱效率。
[0020]本发明的一种基于联合极化适配和波束赋形处理的极化-空域频谱共享方法，流程如图2所示，包括如下步骤:
[0021 ] 步骤一:对SU和PU进行极化域和空域信号表征；
[0022]考虑到授权系统和认知系统分别有其各自的多址方式，假设授权系统和认知系统内部的用户之间均无相互干扰，而同频干扰只存在于PU与SU之间以及属于不同系统的SU之间。
[0023]一个典型的频谱共享系统如图1所示。由授权发射机和授权接收机组成一个授权通信链路，而认知发射机STa与认知接收机SRa组成认知通信链路Sa，认知发射机STb和认知接收机SRb组成认知通信链路Sb。在同一授权频段上，两个认知链路和一个授权链路共存，并且SU利用极化和空间资源消除用户之间的干扰。为了实现发送波束赋形功能，发送端需要装有空间分离的多天线，因此这里假定认知发射机装有Nt = 2N(N = 1，2，3，...)根双极化天线，而接收端只需实现接收极化的调节，不需要空间上的多天线，因此假定认知接收机装有队=2根双极化天线。由于每个ODPA由2根天线构成，那么认知发射机上ODPA的个数为N，而认知接收机上ODPA的个数为1，假定采用单极化天线。
[0024]将PU的目标信号信道表示为HP，SU的目标信号信道分别表示为Hsa和Hsb。干扰信号信道标记及其含义则如表1所示，其中SU-Sa和SU-Sb分别指认知用户Sa和Sb。
[0025]表1干扰信号信道标记及其含义
[0026]
【权利要求】
1.一种基于联合极化适配和波束赋形处理的极化-空域频谱共享方法，包括如下步骤: 步骤一:对SU和PU进行极化域和空域信号表征； 假设授权系统和认知系统内部的用户之间均无相互干扰，而同频干扰只存在于PU与SU之间以及属于不同系统的SU之间； 授权发射机和授权接收机组成一个授权通信链路，认知发射机STa与认知接收机SRa组成认知通信链路Sa，认知发射机STb和认知接收机SRb组成认知通信链路Sb，在同一授权频段上，两个认知链路和一个授权链路共存，并且SU利用极化和空间资源消除用户之间的干扰，假定认知发射机装有Nt = 2N根双极化天线，N是取值为1，2，3，...的自然数，认知接收机装有队=2根双极化天线，认知发射机上ODPA的个数为N，认知接收机上ODPA的个数为I，假定PU采用单极化天线； 将PU的目标信号信道表不为Hp, SU的目标信号信道分别表不为Hsa和Hsb ;干扰信号信道标记及其含义则如表1所示，其中SU-Sa和SU-Sb分别指认知用户Sa和Sb ； 表1干扰信号信道标记及其含义
2.根据权利要求1所述的一种基于联合极化适配和波束赋形处理的极化-空域频谱共享方法，所述的步骤五中，采用群智能算法按下面的算法求解乃，具体为: 算法的输入:H
【文档编号】H04B7/10GK104023340SQ201410208995
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】郭彩丽, 厉东明, 曾志民, 冯春燕, 林晓琳 申请人:北京邮电大学