[发明专利]认知无线电网络中小区边界用户的频谱共享方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在认知无线电网络中的频谱共享方法，尤其涉及一种小区边界用户的频谱共享方法。 

背景技术

小区间干扰ICI(Inter-Cell Interference)是蜂窝移动通信系统中的一个固有问题，它描述了相邻小区的不同用户同时分配到相同的频率块的一种现象，会给用户的接收质量带来严重影响，尤其小区边界用户，即位于相邻扇区交界位置的用户对ICI更为敏感。应用认知无线电技术来解决小区间干扰问题，认知无线电(Cognitive Radio)最初是Joseph Mitola博士在1999年其博士论文中提出的，并在2000年给出了较全面地认知无线电技术的研究步骤和方法，并给出了认知无线电的定义。他认为认知无线电是由软件无线电发展而来的，它能够与工作环境进行交互，依靠智能化信号处理技术，通过感知周围信道环境，然后依靠自学习和决策算法，检测到空闲频谱，自适应的改变调制、编码、信令协议和带宽等系统工作参数，机会式的接入空闲频谱，进行通信，同时实时地检测授权用户对空闲频谱的再次接入，以免发生碰撞。认知无线电技术实现了在频率、时间以及空间上的频谱再利用。 

整个认知过程分为频谱检测、频谱管理和频谱共享三个阶段，其中频谱共享是认知无线电系统实现的关键步骤，所要解决的主要问题是如何优化资源(功率、频谱)，降低外界干扰，保证用户的通信质量。目前解决小区间干扰问题的方法有：交互式注水法IWF(Interactive Water-filling)和频分复用法FDM（Frequency Division Multiplexing）。 

交互式注水法是一种功率控制方法，多应用在解决频率选择性信道环境下的多用户功率控制问题。在认知无线电网络中，交互式注水法多用在频谱共享阶段，即当多个认知用户同时共享一块频段时，为了保证彼此的速率不受干扰，通过功率控制，将自己的发射功率控制在较低的范围，避免对其他用户的干扰。但是较低的发射功率又会使认知用户的通信质量降低。因此，在保证不对其他用户产生 干扰的情况下还应该保证用户自身的通信质量。 

交互式注水法应用在认知无线电网络中，无论是小区内还是小区间，都可以帮助认知用户和主用户在干扰环境下保护自己的利益，但从频谱利用效率的角度考虑，该方法并没有使整体性能达到最优，频谱利用率有待提高。 

频分复用法通过强制用户以最大发射功率在自身频段内进行数据通信，优点是避免了用户干扰，功率利用率高，缺点是当频谱出现空闲时，由于算法限制，频谱资源利用率低。 

传统的认知用户频谱共享算法已经分析了交互式注水法和频分复用法的优缺点，并给出了两种方法的用户速率收益，由于考虑信令开销，并没有给出两种方法的选择机制，从而导致用户速率收益仍为纳什均衡解，并非全局最优解。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种针对小区边界用户的频谱共享解决方案，来解决小区间的同频干扰问题，本方法是一种策略性方法，通过使用本发明提出的方法可以有效提高小区边界用户的频谱利用率，消除现有技术的不足。 

本发明的上述目的由以下技术方案实现： 

本发明的方法是一种策略性的方法，通过引入单次博弈模型，并且结合环境变量，对用户采用不同方法的速率收益进行分析比对，判决用户当前所处的分区，然后根据判决规则，选择出最优的功率控制方法。最后通过仿真验证了该判决规则的有效性，实现了小区边界用户的频谱共享。 

本发明的方法是建立在相邻小区的两个不同认知用户，并且发生在认知过程的频谱共享阶段，包含有以下步骤： 

1、认知基站每隔时间t发送一次参考信号，用参考信号来估计信道特性，t取认知无线电检测周期T，T为一次认知过程。 

2、认知用户得到相邻认知网络中信道信息，一般有信噪比SNR和干扰增益h，根据认知基站发出的参考信号反馈信噪比SNR和干扰增益h信息给认知基站。 

3、认知基站根据得到的信噪比SNR和干扰增益h信息，按照判决规则： 

其中：decision表示用户的一种功率控制方法选择； 

IWF表示用户采用交互式注水法进行功率控制； 

FDM表示用户采用频分复用法进行功率控制。 

确定认知用户是否处在死锁区进行判断。死锁区指无论对手用户选择合作还是竞争进行频谱共享，对自身来说，竞争始终是最优策略。