[发明专利]基于多载波调制技术的范德蒙德频分复用方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信系统中的认知无线电(Cognitive Radio，CR)技术，特别是一种基于多载波调制技术的范德蒙德频分复用(Vandermonde Frequency Division Multiplexing，VFDM)方法，属于信息与通信工程技术领域。

背景技术

当前，各种无线通信业务需求的持续增长，导致无线通信系统对频谱资源的需求不断增加，从而使得无线频谱资源变得越来越稀缺。然而，频谱测量研究表明，授权频谱的使用率却非常低，导致授权频谱空穴浪费严重。其原因在于：静态的频谱分配体制与动态的频谱利用方式之间不匹配，造成无线频谱规划紧张，且利用效率低下。为了开发频谱资源共享的无线通信系统，从系统级的角度提高频谱资源的利用效率，认知无线电(CognitiveRadio，CR)作为一项新兴技术应运而生。

认知无线电也称为感知无线电，它可在不影响主用户(Primary Users，PUs)通信的前提下，智能地利用大量空闲频谱以满足次用户(Secondary Users，SUs)即认知用户(Cognitive Users，CUs)的可靠通信，从而实现频谱资源共享，提高无线频谱的利用率。认知无线网络可以根据网络架构、无线资源、系统设定等，对感知到的频谱空洞进行最佳利用，以最大限度地提高认知用户网络的数据吞吐能力。

在主用户空闲时刻，认知无线电(CR)系统允许认知用户机会地接入主用户授权频段，并利用该频段进行收发数据，此时认知用户(SUs)对于主用户(PUs)是“盲”的。频谱感知是实现认知无线电的重要环节，它包括认知用户对主用户授权频段的感知、频谱分析、实时地感知授权频段中可用的频谱机会等。通常，主用户发射机与认知用户发射机之间不共享相互信息。目前，高斯干扰信道下认知无线电信道容量的信息论模型仍是一个悬而未决的课题，许多文献研究了认知无线电信道中认知用户可达速率上限。例如，认知用户发射机中含主用户信息的干扰信道问题。在这些文献中，最优传输方案均基于“脏纸编码”策略，即在主用户信息传输中预消除对认知用户接收机的已知干扰。然而，该最优策略在实际应用中非常复杂，难以进行实用化。

发明内容

本发明目的是克服现有技术的不足，提出一种更接近于实际信道模型的传输方案，即基于多载波调制技术的范德蒙德频分复用(VFDM)方法。当前，多载波调制(Multi-carrierModulation，MCM)技术被认为是认知无线电系统物理层调制技术的实现方案。常用的多载波调制技术包括：正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)、滤波多音调制(Filtered Multi-tone，FMT)等。由于多载波调制可以将串行信道等效为一组并行平坦衰落信道以有效对抗频率选择性衰落，本发明方法在认知无线网络正交频分复用技术的基础上增加了范德蒙德Vandermonde预编码器，以充分利用正交频分复用符号的循环前缀(Cyclic Prefix，CP)冗余度形成一种新的频率波束成形器，运用该方法所构成的频率波束成形器可以有效消除认知用户对主用户的干扰，从而实现认知用户与主用户的频谱共享。该方法在国内外认知无线电研究领域尚属首次。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种基于多载波调制技术的范德蒙德频分复用方法，其特征是：首先基于认知无线网络正交频分复用系统模型中符号循环前缀冗余度，构造范德蒙德预编码矩阵，满足正交性条件的范德蒙德预编码矩阵构成范德蒙德预编码器，将范德蒙德预编码器与现有认知无线电正交频分复用进行结合，利用正交频分复用符号的循环前缀冗余度和信道频率选择性获得系统复用增益，以消除认知用户对主用户通信的干扰，在此基础上，采用频域注水功率分配方法获得系统的全复用增益，以获得认知用户的最大可达传输速率，实现认知用户与主用户的频谱共享。可按以下步骤实现：

(1)构造范德蒙德预编码矩阵和范德蒙德预编码器。