本發(fā)明屬于無(wú)線通信領(lǐng)域中的認(rèn)知無(wú)線電通信
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其是一種頻譜接入方法。
背景技術(shù)：
：隨著互聯(lián)網(wǎng)的不斷普及和人民生活水平的逐步提高，移動(dòng)通信的用戶數(shù)在快速增加，業(yè)務(wù)類型不斷豐富，服務(wù)需求日益增長(zhǎng)。為了更好的保證這些不斷增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求和服務(wù)質(zhì)量，建設(shè)更高傳輸速率、更廣覆蓋范圍和更高頻譜效率的寬帶無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)成為了亟待解決的問(wèn)題。美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)FCC研究表明，一些非授權(quán)頻段如工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)用以及適于陸地通信的2GHz左右的授權(quán)頻段占用擁擠，而有些授權(quán)頻段則利用率非常低。認(rèn)知無(wú)線電作為一種智能頻譜共享技術(shù)，對(duì)不可再生的頻譜資源進(jìn)行再利用，能夠顯著提高頻譜的利用率。協(xié)作通信技術(shù)憑借節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)作來(lái)進(jìn)行信息傳輸和處理，在提高系統(tǒng)可靠性、傳輸速率和節(jié)省功率等方面有突出優(yōu)勢(shì)。在現(xiàn)有基于協(xié)作的頻譜接入方法中，認(rèn)知用戶使用相同的帶寬發(fā)送授權(quán)用戶和自己的信息，授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶之間始終存在干擾，他們的性能都會(huì)由于干擾受到影響。而且認(rèn)知用戶工作在單向協(xié)作方式，使得原本就非常有限的頻譜資源得不到充分利用，帶來(lái)吞吐量的損失。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有單向協(xié)作技術(shù)中的缺陷，為了克服現(xiàn)有授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶之間相互干擾的問(wèn)題、用戶性能受限的不足，本發(fā)明提供一種有效消除授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶之間相互干擾的問(wèn)題、提升用戶性能的基于OFDM雙向協(xié)作的頻譜接入方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種基于OFDM雙向協(xié)作的頻譜接入方法，無(wú)線通信系統(tǒng)包括一個(gè)主系統(tǒng)和一個(gè)認(rèn)知系統(tǒng)，其中，主系統(tǒng)由兩個(gè)授權(quán)用戶P1和P2組成，所述主系統(tǒng)支持中繼功能，有一段W帶寬組成的授權(quán)頻譜；認(rèn)知系統(tǒng)由一個(gè)認(rèn)知用戶發(fā)送端S1和認(rèn)知接收端S2組成，所述認(rèn)知系統(tǒng)能夠模擬主系統(tǒng)中的無(wú)線電協(xié)議和系統(tǒng)參數(shù)，所述基于OFDM雙向協(xié)作的頻譜接入方法包括以下步驟：1)認(rèn)知用戶以雙向協(xié)作方式接入授權(quán)用戶的頻譜，認(rèn)知用戶接收到授權(quán)用戶的信息后，通過(guò)解碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作方式幫助發(fā)送授權(quán)用戶的信息；2)計(jì)算授權(quán)用戶通過(guò)認(rèn)知用戶協(xié)作幫助后獲得的速率Rpi,i＝1,2；3)如果Rpi≥RT，則授權(quán)用戶就會(huì)允許認(rèn)識(shí)用戶接入自己的頻譜，認(rèn)知用戶接入授權(quán)用戶的頻譜后，利用一部分子載波和功率轉(zhuǎn)發(fā)授權(quán)用戶的信息，利用剩余的子載波和功率發(fā)送自己的信息；否則，授權(quán)用戶繼續(xù)通過(guò)直傳發(fā)送自己的信息。進(jìn)一步，授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶之間的子載波和功率分配問(wèn)題建模為：maxGsp,pRs---(1)]]>滿足以下條件Rpi≥RT,i∈{1,2}Σk′∈Gsppsp,k′+Σk′∈G‾sppss,k′≤Pspsp,k′>0,∀k′∈Gsp---(2)]]>其中，RT表示授權(quán)用戶的目標(biāo)速率，Ps表示認(rèn)知用戶的總功率，psp,k'和pss,k'分別表示認(rèn)知用戶在子載波k'上用于轉(zhuǎn)發(fā)授權(quán)用戶信息和發(fā)送自己信息時(shí)的功率，Gsp表示認(rèn)知用戶用于轉(zhuǎn)發(fā)授權(quán)用戶信息的子載波集合，Rpi和Rs分別表示認(rèn)知用戶接入授權(quán)用戶頻譜后，授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶獲得的速率；pp1,k和pp2,k分別表示授權(quán)用戶P1和P2第一個(gè)時(shí)隙在子載波k上用于發(fā)送授權(quán)用戶信息時(shí)的功率，按照注水算法進(jìn)行分配：pp1,k=[1βp1-1γ1,k]+---(10)]]>pp2,k=[1βp2-1γ2,k]+---(11)]]>其中，γ1,k＝|h1,k|2/N0,γ2,k＝|h2,k|2/N0，h1,k、h2,k分別表示P1、P2在子載波k到認(rèn)知用戶S1的信道增益，N0為加性高斯白噪聲的單邊功率譜密度，βp1和βp2表示拉格朗日乘子。通過(guò)拉格朗日乘子法獲得上述的最優(yōu)子載波和功率分配：psp,k'*＝[pp*]+(12)pss,k′*=[12βs-1γ3,k′]+---(13)]]>Gsp*=argmaxGspΣk∈GspEk---(14)]]>其中，βs表示拉格朗日乘子，Ek=βR1212In(1+γ2,k′psp,k′*)+βR2212In(1+γ1,k′psp,k′*)-12In(1+γ3,k′pss,k′*)-βs(psp,k′*-pss,k′*)---(15)]]>pp*為下面方程的解：2βsγ1,k′γ2,k′psp,k′2+[2βs(γ1,k′+γ2,k′)-(βR12+βR22)γ1,k′γ2,k′]psp,k′=(βR22γ1,k′+βR12γ2,k′)-2βs---(16)]]>其中，βR12和βR22表示拉格朗日乘子。進(jìn)一步，所述步驟5)中，認(rèn)知用戶通過(guò)兩個(gè)時(shí)隙解碼轉(zhuǎn)發(fā)雙向協(xié)作方式接入授權(quán)用戶的頻譜；第一個(gè)時(shí)隙，授權(quán)用戶P1和P2用全部的子載波發(fā)送信號(hào)到S1，則鏈路P1→S1，P2→S1的速率表示為:Rp1s1=12Σk=1Kln(1+γ1,kpp1,k1+γ2,kPp2,k)γ2,kPp2,k<γ1,kpp1,k12Σk=1Kln(1+γ1,kPp1,k)γ2,kPp2,k≥γ1,kpp1,k---(6)]]>Rp2s1=12Σk=1Kln(1+γ2,kpp2,k)γ2,kpp2,k<γ1,kPp1,k12Σk=1Kln(1+γ2,kPp2,k1+γ1,kPp1,k)γ2,kpp2,k≥γ1,kPp1,k---(7)]]>在第二個(gè)時(shí)隙，認(rèn)知用戶S1解碼授權(quán)用戶的信息，并利用Gsp中的子載波轉(zhuǎn)發(fā)授權(quán)用戶信息，則鏈路S1→P1，S1→P2上的速率表示為:Rs1p1=12Σk′∈Gspln(1+γ1,k′psp,k′)---(8)]]>Rs1p2=12Σk′∈Gspln(1+γ2,k′psp,k′)---(9)]]>同時(shí)，S1利用剩余的子載波發(fā)送自己的信息到S1，則鏈路S1→S2速率表示為:Rs=12Σk′∈G‾spln(1+γ3,k′pss,k′)---(5)]]>其中，表示認(rèn)知用戶用于轉(zhuǎn)發(fā)自己信息的子載波集合，γ3,k'表示認(rèn)知用戶發(fā)送端到認(rèn)知用戶接收端鏈路在子載波k'上的信道增益；所以授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶通過(guò)兩個(gè)時(shí)隙獲得的速率表示為：Rp1＝min{Rp1s1,Rs1p2}(3)Rp2＝min{Rp2s1,Rs1p1}(4)。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：由于基于協(xié)作的頻譜接入方法中，認(rèn)知用戶使用相同的帶寬發(fā)送授權(quán)用戶和自己的信息，互相之間始終存在干擾，使得原本就非常有限的頻譜資源得不到充分利用，授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶的性能也會(huì)由于干擾受到影響。而且認(rèn)知用戶工作在單向協(xié)作方式，使得原本就非常有限的頻譜資源得不到充分利用，帶來(lái)吞吐量的損失。本專利方法中認(rèn)知用戶通過(guò)雙向協(xié)作的方式接入授權(quán)用戶的頻譜，授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶分別通過(guò)不同子載波發(fā)送信息，能夠有效解決授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶之間的干擾問(wèn)題。同時(shí)，認(rèn)知采用雙向協(xié)作方式接入授權(quán)用戶的頻譜，能夠有效解決單向協(xié)作方式吞吐量低的問(wèn)題。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：(1)消除了共存式頻譜接入方法中授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶的干擾問(wèn)題；(2)提升了授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶的吞吐量。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明方法的基于OFDM雙向協(xié)作的頻譜接入方法模型示意圖；圖2為在平均功率分配和固定子載波集合方法下與本發(fā)明提出的資源分配方法認(rèn)知用戶速率隨著d1的對(duì)比圖，其中d1為授權(quán)用戶P1到認(rèn)知用戶發(fā)送端的距離；圖3是認(rèn)知用戶的子載波和功率分配圖；具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:參照?qǐng)D1～圖3，一種基于OFDM雙向協(xié)作的頻譜接入方法，是基于現(xiàn)有的無(wú)線電通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，所述無(wú)線電通信系統(tǒng)包括一個(gè)主系統(tǒng)和一個(gè)認(rèn)知系統(tǒng)，其中主系統(tǒng)由兩個(gè)授權(quán)用戶P1和P2組成。主系統(tǒng)支持中繼功能，有一段W帶寬組成的授權(quán)頻譜。認(rèn)知系統(tǒng)由一個(gè)認(rèn)知用戶發(fā)送端S1和認(rèn)知接收端S2組成。認(rèn)知系統(tǒng)能夠模擬主系統(tǒng)中的無(wú)線電協(xié)議和系統(tǒng)參數(shù)。本實(shí)施方式的方法中，認(rèn)知用戶以雙向協(xié)作方式接入授權(quán)用戶的頻譜。認(rèn)知用戶接收到授權(quán)用戶的信息后，通過(guò)解碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作方式利用一部分子載波幫助發(fā)送授權(quán)用戶的信息。如果兩個(gè)授權(quán)用戶通過(guò)認(rèn)知用戶協(xié)作幫助后獲得的速率Rpi都大于等于自己的目標(biāo)速率RT，即Rpi≥RT,i∈{1,2}，則認(rèn)知用戶將會(huì)有機(jī)會(huì)接入授權(quán)用戶的頻譜，利用剩余的子載波轉(zhuǎn)發(fā)送自己的信息。本實(shí)施方式中認(rèn)知用戶接入授權(quán)用戶頻譜后授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶獲得的速率Rpi,i∈{1,2}和Rs可以通過(guò)如下方法獲得：認(rèn)知用戶通過(guò)兩個(gè)時(shí)隙譯碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作方式接入授權(quán)用戶的頻譜。在第一個(gè)時(shí)隙，授權(quán)用戶P1和P2使用全部子載波發(fā)送信息給認(rèn)知用戶S1，所以鏈路P1→S1和P2→S1的速率可以表示為:Rp1s1=12Σk=1KIn(1+γ1,kpp1,k1+γ2,kPp2,k)γ2,kPp2,k<γ1,kpp1,k12Σk=1KIn(1+γ1,kPp1,k)γ2,kPp2,k≥γ1,kpp1,k---(6)]]>Rp2s1=12Σk=1KIn(1+γ2,kpp2,k)γ2,kpp2,k<γ1,kPp1,k12Σk=1KIn(1+γ2,kPp2,k1+γ1,kPp1,k)γ2,kpp2,k≥γ1,kPp1,k---(7)]]>其中，pp1,k和pp2,k分別表示授權(quán)用戶P1和P2第一個(gè)時(shí)隙在子載波k上用于發(fā)送授權(quán)用戶信息時(shí)的功率，按照注水算法進(jìn)行分配：pp1,k=[1βp1-1γ1,k]+---(10)]]>pp2,k=[1βp2-1γ2,k]+---(11)]]>其中γ1,k＝|h1,k|2/N0,γ2,k＝|h2,k|2/N0，h1,k、h2,k分別表示P1、P2在子載波k到認(rèn)知用戶S1的信道增益，N0為加性高斯白噪聲的單邊功率譜密度，βp1和βp2表示拉格朗日乘子。第二個(gè)時(shí)隙，認(rèn)證用戶S1解碼授權(quán)用戶的信息，并利用Gsp中的子載波轉(zhuǎn)發(fā)授權(quán)用戶信息，則鏈路S1→P1，S1→P2上的速率表示為:Rs1p1=12Σk′∈Gspln(1+γ1,k′psp,k′)---(8)]]>Rs1p2=12Σk′∈Gspln(1+γ2,k′psp,k′)---(9)]]>其中，psp,k'和pss,k'表示認(rèn)知用戶在子載波k'上用于轉(zhuǎn)發(fā)授權(quán)用戶信息的功率，Gsp表示認(rèn)知用戶用于轉(zhuǎn)發(fā)授權(quán)用戶信息的子載波集合，授權(quán)用戶通過(guò)兩個(gè)時(shí)隙在認(rèn)知用戶的幫助下獲得的速率可以表示為：R1＝min{Rp1s1,Rs1p2}(3)R2＝min{Rp2s1,Rs1p1}(4)同時(shí)，認(rèn)知用戶利用剩余的子載波來(lái)發(fā)送自己的信息，所以認(rèn)知用戶可獲得的速率可以表示為：Rs=12Σk′∈G‾spIn(1+γ3,k′pss,k′)---(5)]]>其中，表示認(rèn)知用戶用于轉(zhuǎn)發(fā)自己信息的子載波集合，在子載波k上，pss,k'表示認(rèn)知用戶在子載波k'上發(fā)送自己信息時(shí)的功率，γ3,k'表示認(rèn)知用戶發(fā)送端到認(rèn)知用戶接收端鏈路在子載波k'上的信道增益。本實(shí)施方式中的子載波和功率分配方法具體為：授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶之間的子載波和功率分配可以建模為：maxGsp,pRs---(1)]]>滿足以下條件Rpi≥RT,i∈{1,2}Σk′∈Gsppsp,k′+Σk′∈G‾sppss,k′≤Pspsp,k′>0,∀k′∈Gsp---(2)]]>通過(guò)拉格朗日乘子法獲得上述的最優(yōu)子載波和功率分配：psp,k'*＝[pp*]+(12)pss,k′*=[12βs-1γ3,k′]+---(13)]]>Gsp*=argmaxGspΣk∈GspEk---(14)]]>本實(shí)施例的基于OFDM的雙向協(xié)作頻譜接入方法，能夠有效消除共存式頻譜接入方法中授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶的干擾問(wèn)題，能夠有效提升認(rèn)知用戶的吞吐量。本實(shí)施的頻譜接入方法中，認(rèn)知用戶在第二個(gè)時(shí)隙利用一部分子載波Gsp和功率psp,k'轉(zhuǎn)發(fā)授權(quán)用戶信息，利用剩余子載波和功率pss,k'發(fā)送自己的信息。授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶分別通過(guò)不同的子載波發(fā)送信息，互相之間不會(huì)產(chǎn)生干擾。在本實(shí)施方式中，假設(shè)P1，P2，S1和S2都在X軸上，其中P1和P2在(0,0)和(1,0)。S1在X正半軸上移動(dòng)，S2在P1和S1的中間。所以d2＝|1-d1|，d3＝1/2d1。γi＝|hi|2,i＝(1,2,3)，路徑衰耗指數(shù)v＝4。Pp/N0＝5dB,Ps/N0＝10dB，RT＝1bps/Hz，系統(tǒng)帶寬為W＝1MHz。本實(shí)施例的頻譜接入方法提升了授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶的性能。圖2中顯示了不同方法下的認(rèn)知用戶的速率，可以看出采用了本發(fā)明的頻譜接入方法后認(rèn)知用戶的速率得到了提高。圖3中顯示了認(rèn)知用戶的子載波上和功率分配。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3