专利名称：一种认知无线电网络中弹性干扰限定设置方法
技术领域：
本发明涉及一种无线通信技术领域的方法，尤其是涉及一种认知无线电网络中弹性干扰限定设置方法。
背景技术：
无线通信技术及业务需求的日益增长，使得对无线通信技术所支持的数据传输速率要求越来越高，这就导致对无线频谱资源的需求也不断增加，使得目前适宜于无线通信服务的频谱资源变得十分稀缺，原本就拥挤的通讯信道变得更加堵塞。频谱资源短缺已成为制约无线通讯发展的严重瓶颈。2002年FCC(美国通信委员会)报告中指出，非授权频谱中只有大约10%被频繁使用，授权频谱中只有大约2%被频繁使用。由此可见，所谓的“频谱短缺”完全是由人为的·传统管理模式所造成的。因此，需要寻求一种更有效的频谱管理方式，以充分利用频谱的使用率，缓解不断增长的频谱资源的需求矛盾。1999年瑞典皇家技术学院的J. Mitola博士在软件无线电的基础上提出了认知无线电(Cognitive Radio,简称CR)的概念。认知无线电是一种基于模式推理,并通过基于机器学习、自然语言处理和模式推理的认知环来实现环境交互的无线电，在无线电系统中各个组成模块都是可变的，以最大限度地适应传输环境。国际著名学者Simon Haykin教授认为认知无线电是一个智能无线通信系统。它能够感知外界环境，系统内的通讯节点可以从环境中学习，并根据环境的变化自适应地动态调整其内部状态(比如传输功率、载波频率和调制技术等)，以达到任何时间任何地点高度可靠通信，有效利用频谱资源的目的。美国FCC提出了 CR的一个相当简化的版本，FCC-03-322建议任何具有自适应频谱意识的无线电都应该被称为认知无线电。对某一频段拥有独立使用权的无线通讯用户被定义为授权用户或主用户(PU)，受到法律的保护。通常情况下，授权用户所占频段的利用率不是很高。除授权用户之外的其他通讯用户，它们不能独立占用频谱，被称为认知用户(SU)。当在已经授权的频带上，在时域或空域中某些信道会出现空闲，也称频谱空洞。认知无线电在发射前必须找到这些频谱空洞，当检测到授权用户返回到该频段，SU必须及时中断自身服务，等待下一空闲频谱机遇的出现，或改变其发射功率或调制方式等方法，以避免对PU的干扰。SU的通讯受到PU和其他SU的干扰。因此，干扰是认知网络和授权网络共存时要先考虑的问题，干扰涉及到频谱检测、频谱接入、频谱共享等多方面的内容。干扰的控制策略、消除方法等都会直接影响到认知网络和授权网络的性能。认知无线电频谱接入技术角度可将频谱共享分为频谱覆盖式(Overlay)和衬垫式(Underlay),如图I所示。在Overlay的模式中只有当PU不存在时SU才使用该段频谱，所以在SU使用频谱前需要检测频谱空洞。而在Underlay的模式中，根据所获得授频段的频谱分配影射图，CR节点会在相对较宽的频段上发送信号。PU把CR信号当作噪声来处理，通过限定CR对授权用户的干扰水平，使其不超过一定的限值来达到多系统共享频谱的目的。宽频信号的发射降低了对PU的干扰程度，同时会提升实现收发器硬件的复杂度。无论在Overlay或是Underlay模式下SU都有可能对F1U产生干扰。在Overlay模式下，干扰的产生来源于对频谱空洞的检测及当PU返回时的及时规避。通常情况下，PU网络系统与SU网络系统没有直接的联系，SU需要通过检测的信号来判断是否使用某一频段。
在公开的研究资料中，SU对PU的限定有两种形式，一是根据原始噪声基底的干扰温度限定；二是针对干扰信号强度概率限定。干扰温度模型是由美国FCC在2003年提出的，给出了主要用户能够进行正常通信时所需要的干扰的上限。当PU在通信时允许SU接入的，那么SU不可避免的将会对主要用户通信产生干扰，但是只要总的干扰限制低于PU正常通信的干扰温度，就允许SU利用此段频谱进行通信，如图2所示。值得一提的是在实际应用中，由于缺乏具体实施干扰温度模型的技术条例，在2007年FCC放弃了该干扰模型。除了上述干扰温度模型外，还使用干扰信号强度的概率来限制对的干扰。在Underlay模式下，必须严格地控制在I3U接受点上SU的干扰信号的强度。是否影响了 PU的正常工作的判据通常有两个，一是在PU信号接受点的SU信号强度低于某个预先设定的值Ith，二是相对于PU信号强弱，通常用信号干扰噪声比(SINR)或是信干比(SIR)必须大于预先设定的值9th。所以，影响干扰的因素包括SU的发射功率，SU-PU信道的衰减，信道衰减的数学模型通常用概率密度函数来表示，那么，SU干扰的限定可以表示为对PU干扰的概率必须小于P0I =Pr{/>7J和PeT，除了上述的影响因素外，还需考虑实际活跃SU的数量和分布所造成的叠加干扰效应。这是因为在实际的SU网络中，不是每个SU都在同时或同个地点发射信号，SU网络中所采用的媒体接入控制协议(MAC)决定了 SU节点是否发射信号。使用干扰温度模型来限定频谱覆盖式SU系统对PU系统的干扰过于苛刻，因为干扰温度界限限定了在所有的频段上SU的发射功率(密度)，不管频段是否被占用。对衬垫式SU系统来说，干扰温度界限限定仅考虑了所有频段的干扰的情况，没有考虑对PU系统在部分频域的干扰情况，而这两种干扰情况对实际PU系统的影响是不一样的。所以干扰温度模型降低了 SU对频谱资源的利用率。在实际的无线通信系统中，信道衰减是不确定的，因环境的变化而变化。这就给完全基于概率意义的限定的检测造成很大的困难，因而在实际应用中难以精确实施。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可提高频谱资源利用率、实际应用简单的认知无线电网络中弹性干扰限定设置方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种认知无线电网络中弹性干扰限定设置方法，该方法包括频谱覆盖式工作模式下干扰信号幅值与干扰持续时间之间关系的设置以及频谱衬垫式工作模式下干扰信号频谱密度函数幅值与带宽之间关系的设置；所述的频谱覆盖式工作模式下干扰信号幅值与干扰持续时间之间关系的具体设置为干扰持续时间越小，与之对应的干扰信号幅值限定就越大，反之，干扰持续时间越长，与之对应的干扰信号幅值限定就越小，即在频谱覆盖式工作模式下，(/Γ,Αυ ,Α)，...为N个不同信号强度的弹性干扰限定，其中为第η个干扰限定的干扰信号幅值限定，Dn为第η个干扰限定的干扰持续时间限定，η = 1，2，. . .，N，满足/f > / >... > 4及 D1 ^ D2. . . ^Dn;所述的频谱衬垫式工作模式下干扰信号频谱密度函数幅值与带宽之间关系的具体设置为干扰信号的带宽越窄，与之对应的干扰功率密度函幅值限定就越大，反之，干扰信号的带宽越宽，与之对应的干扰功率密度函数值限定就越小，即在频谱衬垫式工作模式下,(靖A，马),…，(￠,5 )，...，0￠，#V)为N个不同带宽及与之对应的频谱密度函数幅值的弹性干扰限定，其中，为第η个干扰限定的干扰信号频谱密度函数幅值限定，Bn为第η个干扰限定的带宽限定，η = 1，2，…，N，满足*Sf > Sl2h >…之5^及B1彡B2... ( ΒΝ。在频谱覆盖式工作模式下，当干扰信号为单一信号源随机信号或多个信号源的叠加随机干扰信号时，用α1 )，...，(i^A>)，…( ，化)为N个不同信号强度的弹性干扰限定，其中为第η个干扰限定的干扰信号幅值限定，为第η个干扰限定的干扰持 续时间限定，η = I，2，…，N，则满足//A > /f >... > % ￡)λ< D2... < Dn 对于(？, Dn)
限定的概率限定为把，/^)，/^为#对应的概率，if为氙对应的概率；在频谱衬垫式工作模式下，当干扰信号为单一信号源随机信号或多个信号源的叠加随机干扰信号时，用(贫，爲)，·.·，(#，瓦),...,( ,4)为N个不同带宽及与之对应的频谱密度函数幅值的弹性干扰限定，其中Si力第η个干扰限定的干扰信号频谱密度函数幅值限定，为第η个干扰限定的带宽限定，η = 1,2,... ,N,满足硭> Sf >... >筇及爲< B2,.. < Bn，相对于0 ，4)的概率限定为(Ρ/，#)，#为对应的概率，为瓦对应的概率。在所述频谱覆盖式工作模式下，设实际干扰信号为(Ia，Da)，其中Ia为实际干扰的干扰信号幅值，Da为实际干扰的干扰持续时间，该干扰符合弹性干扰限定(^，^^,…，(/^，！^，…(/^，!^的必要条件为^ Da)必须同时满足⑴Ia^If, (2)Da Dn ；在所述频谱衬垫式工作模式下，设实际干扰信号为(Se，Be)，其中Se为实际干扰的干扰信号频谱密度函数有效幅值，B0为实际干扰信号的带宽，该干扰符合
iy,·..，(对，弹性干扰限定的必要条件为(Se，B0)必须同时满足(I) S0 < St^,⑵ (Bn。在所述频谱覆盖式工作模式下，当干扰信号为单一信号源随机信号或多个信号源的叠加随机干扰信号时，实际干扰信号表示为(4, )，其中/α为实际干扰的干扰信号幅值’么为实际干扰的干扰持续时间汗扰信号^^^^符合丨？，々)，…，^'^)，…^^)限定必须同时满足条件(I) ^{la<li]<P^, {2) Pr，其中Pr{4< }为
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在所述频谱衬垫式工作模式下，当干扰信号为单一信号源随机信号或多个信号源的叠加随机干扰信号时，实际干扰信号表达为( ,，其中\力实际干扰的干扰信号频谱密度函数有效幅值&力实际干扰信号的带宽，干扰信号(&，4)符合(贫，爲)，...，0 為)，...，(岛為)限定必须同时满足条件⑴卩私’⑵ <Bn}< PnB ,Prj^ <# 的概率，Prj^ < Βη)%Ββ < 式的概率。与现有技术相比，本发明在对系统的干扰影响不变的情况下，动态设置了干扰信号在频域上频谱密度函数幅值与带宽，以及在时域上干扰信号幅值与干扰持续时间之间的关系的限定，具有可提高频谱资源利用率、实际应用简单的优点。
图I为频谱覆盖式和频谱衬垫式的工作模式示意图；
图2为现有的干扰温度模型示意图；图3为本发明的流程示意图。图I中，(a)为频谱衬垫式工作模式，(b)为频谱覆盖式工作模式。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例如图3所示，一种认知无线电网络中弹性干扰限定设置方法，该方法包括频谱覆盖式工作模式下干扰信号幅值与干扰持续时间之间关系的设置；以及频谱衬垫式工作模式下干扰信号频谱密度函数幅值与带宽之间关系的设置。频谱覆盖式工作模式频谱覆盖式工作模式下干扰信号幅值与干扰持续时间之间关系的具体设置为干扰持续时间越小，与之对应的干扰信号幅值限定就越大，反之，干扰持续时间越长，与之对应的干扰信号幅值限定就越小，即在频谱覆盖式工作模式下，(/f，马)，...，(/广，/) )，...(☆%)为N个不同信号强度的弹性干扰限定，其中/f为第η个干扰限定的干扰信号幅值限定，Dn为第η个干扰限定的干扰持续时间限定，η = 1，2，. . .，N，满足If1 > Vi >... > 1》及 D1 < D2. · · ^Dn5当干扰信号为单一信号源随机信号或多个信号源的叠加随机干扰信号时，用(炉，Α)，...，(#Λ)，··.(AAv)为N个不同信号强度的弹性干扰限定，其中卢力第η个干扰限定的干扰信号幅值限定，包为第η个干扰限定的干扰持续时间限定，η = 1，2，. . .，N，则满足炉> Jf >... > ~I$Rb' < D2... < Dn，相对于(？，4)限定的概率限定为(#，#) ,K为社
对应的概率，If为￡> 对应的概率。在所述频谱覆盖式工作模式下，设实际干扰信号为(Ia，Da)，其中Ia为实际干扰的干扰信号幅值，Da为实际干扰的干扰持续时间，该干扰符合弹性干扰限定(/f，Z)丨),，￡> )，...(磅， )的必要条件为(Ia，Da)必须同时满足(I) /a</f, (2)Da Dn ；当干扰信号为单一信号源随机信号或多个信号源的叠加随机干扰信号时，实际干扰信号表示为(t，A^)，其中&为实际干扰的干扰信号幅值，乃《为实际干扰的干扰持续时间，干扰信号(4，么)符合( ,Α)，...，(0Λ),...(沒，Av,)限定必须同时满足条件
为么<￡) 的概率。谱衬垫式工作模式频谱衬垫式工作模式下干扰信 号频谱密度函数幅值与带宽之间关系的具体设置为干扰信号的带宽越窄，与之对应的干扰功率密度函幅值限定就越大，反之，干扰信号的带宽越宽，与之对应的干扰功率密度函数值限定就越小，即在频谱衬垫式工作模式下，OSf，马)，...，(#，艮为N个不同带宽及与之对应的频谱密度函数幅值的弹性干扰限定，其中，#为第η个干扰限定的干扰信号频谱密度函数幅值限定，Bn为第η个干扰限定的带宽限定，η = I，2，…，N，满足# > Sf >... > StZJR B1 彡 B2. · · ^ Bn ；当干扰信号为单一信号源随机信号或多个信号源的叠加随机干扰信号时，用(贫，马),...，(#，瓦)，...,0 ，為^为N个不同带宽及与之对应的频谱密度函数幅值的弹性干扰限定，其中巧力第η个干扰限定的干扰信号频谱密度函数幅值限定，Jfl为第η个干扰限定的带宽限定，η = 1,2, , N，满足贫及身相对于(#，瓦)的概率限定为CP/，P S)，/^为#对应的概率，P/为氡对应的概率。在所述频谱覆盖式工作模式下，设实际干扰信号为(Ia，Da)，其中Ia为实际干扰的干扰信号幅值，Da为实际干扰的干扰持续时间，该干扰符合弹性干扰限定(If1fD1), ...,(￠,的必要条件为-Ma, Da)必须同时满足⑴Ια《，⑵Da Dn ；当干扰信号为单一信号源随机信号或多个信号源的叠加随机干扰信号时，实际干扰信号表达为( ，&)，其中^力实际干扰的干扰信号频谱密度函数有效幅值，&为实际干
扰信号的带宽，干扰信号( ，牟)符尔矿，爲)，_..，(巧，式)，...,(筇，屯)限定必须同时满足条
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为見,S式的概率。
权利要求
1.一种认知无线电网络中弹性干扰限定设置方法，其特征在于，该方法包括频谱覆盖式工作模式下干扰信号幅值与干扰持续时间之间关系的设置以及频谱衬垫式工作模式下干扰信号频谱密度函数幅值与带宽之间关系的设置； 所述的频谱覆盖式工作模式下干扰信号幅值与干扰持续时间之间关系的具体设置为干扰持续时间越小，与之对应的干扰信号幅值限定就越大，反之，干扰持续时间越长，与之对应的干扰信号幅值限定就越小，即在频谱覆盖式工作模式下，(/f，!)!)，·..，(/ ，&)，.··(/；；， )为N个不同信号强度的弹性干扰限定，其中if为第η个干扰限定的干扰信号幅值限定，Dn为第η个干扰限定的干扰持续时间限定，η = 1，2，. . .，N，满足/f >> …> #及 D1 < D2. · · ^ Dn ； 所述的频谱衬垫式工作模式下干扰信号频谱密度函数幅值与带宽之间关系的具体设 置为干扰信号的带宽越窄，与之对应的干扰功率密度函幅值限定就越大，反之，干扰信号的带宽越宽，与之对应的干扰功率密度函数值限定就越小，即在频谱衬垫式工作模式下，OSf,戽)，...,…，(綠，5,ν)为N个不同带宽及与之对应的频谱密度函数幅值的弹性干扰限定，其中，Sf为第η个干扰限定的干扰信号频谱密度函数幅值限定，Bn为第η个干扰限定的带宽限定，η = 1，2，· · ·，N，满足> Sf >... > 續及 B1 彡 B2. · · ( ΒΝ。
2.根据权利要求I所述的一种认知无线电网络中弹性干扰限定设置方法，其特征在于，在频谱覆盖式工作模式下，当干扰信号为单一信号源随机信号或多个信号源的叠加随机干扰信号时，用(？，Α)，··.，( ,Av)为N个不同信号强度的弹性干扰限定，其中U为第η个干扰限定的干扰信号幅值限定，&为第η个干扰限定的干扰持续时间限定，η=1,2,...,N,则满足Ifh > Vi >... > . 及A < D2... < Dn ,相对于(”，4)限定的概率限定为(p>l,pnD)，/^为 对应的概率，为氏对应的概率； 在频谱衬垫式工作模式下，当干扰信号为单一信号源随机信号或多个信号源的叠加随机干扰信号时，用(5f，爲)，…，( ^J )，…，( , )为N个不同带宽及与之对应的频谱密度函数幅值的弹性干扰限定，其中，为第η个干扰限定的干扰信号频谱密度函数幅值限定，&为第η个干扰限定的带宽限定，η = 1，2，· · ·，N，满足贫> >郑及為< B2... < Bn，相对于，瓦)的概率限定为(P/，/f)，P/为0对应的概率，if为Jn对应的概率。
3.根据权利要求I所述的一种认知无线电网络中弹性干扰限定设置方法，其特征在于，在所述频谱覆盖式工作模式下，设实际干扰信号为(Ia，Da)，其中Ia为实际干扰的干扰信号幅值，Da为实际干扰的干扰持续时间，该干扰符合弹性干扰限定(^，!^,…，^^，^^，…^^^的必要条件为^ Da)必须同时满足⑴Ia(2)Da Dn ； 在所述频谱衬垫式工作模式下，设实际干扰信号为(Se，Be)，其中Se为实际干扰的干扰信号频谱密度函数有效幅值，B0为实际干扰信号的带宽，该干扰符合(-,^，…，(■^,^^，…，(^,忍^弹性干扰限定的必要条件为^，B0)必须同时满足(I) Sfi<Slnh,⑵ (B”
4.根据权利要求2所述的一种认知无线电网络中弹性干扰限定设置方法，其特征在于，在所述频谱覆盖式工作模式下，当干扰信号为单一信号源随机信号或多个信号源的叠加随机干扰信号时，实际干扰信号表示为(/ ，&)，其中 为实际干扰的干扰信号幅值，^为实际干扰的干扰持续时间，干扰信号(4，良)符0( ，乃1)，...，(巧，氙)，...(沒，乃#)限定必须同时满足条件(I)
全文摘要
本发明涉及一种认知无线电网络中弹性干扰限定设置方法，该方法包括频谱覆盖式工作模式下干扰信号幅值与干扰持续时间之间关系的设置以及频谱衬垫式工作模式下干扰信号频谱密度函数幅值与带宽之间关系的设置。与现有技术相比，本发明具有可提高频谱资源利用率、实际应用简单等优点。
文档编号H04W16/00GK102761873SQ20121026239
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月26日 优先权日2012年7月26日
发明者吴亮, 杨俊杰, 高彦杰 申请人:上海电力学院