[发明专利]一种基于时间和带宽联合优化的双向协作抗干扰频谱接入方法

说明书

一种基于时间和带宽联合优化的双向协作抗干扰频谱接入方法，在该方法中，认知用户通过双向协作方式接入主用户的频谱；如果认知用户能够帮助主用户达到目标速率，则主用户就会分配一部分时间给认识用户，授权其接入自己的频谱；否则就不会允许认知用户接入自己的频谱。认知用户接入主用户的频谱后，分别利用不同的带宽发送主用户和自己的信息。本发明有效消除主用户和认知用户之间相互干扰和单向协作方式下半双工模式造成的频谱损失的问题，提升用户性能。

技术领域

本发明属于无线通信领域中的认知无线电通信技术领域，尤其是一种频谱接入方法。

背景技术

随着无线通信的发展，无线通信用户不断增多，业务需求快速增长，有限的无线频谱资源逐渐成为制约无线通信系统发展的瓶颈。美国联邦通信委员会(FCC)的大量研究报告表明当前无线频谱的利用率很低，只有15％～85％，大部分频谱在多数时候并没有得到充分的利用，并且频谱使用情况非常不平衡，一些非授权频段占用过于拥挤，而某些授权频段则经常处于空闲状态。可见造成频谱资源紧缺的主要原因是现有的这种静态频谱管理方式和频谱分配策略。认知无线电技术能感知周围无线通信环境，在保证主用户正常通信不受影响的前提下，伺机接入授权频谱，通过一定的学习和决策算法，自适应地改变系统工作参数来适应运行环境的变化，可以对频谱在时间，频率，空间上进行多维复用，从而提升频谱资源的利用率。

在认知无线电共存式频谱接入方法中，认知用户被允许在满足一定前提下与主用户共用同一频段。然而在这种接入方法中，主用户与认知用户之间始终存在干扰，使得原本就非常有限的频谱资源得不到充分利用，主用户和认知用户的性能也会由于干扰受到影响。并且这种频谱接入方法是单向协作的，存在固有频谱效率的损失。

发明内容

针对现有共存式频谱接入技术中的缺陷，解决主用户和认知用户之间相互干扰的问题、克服频谱利用率不高的不足，本发明提供一种有效消除主用户和认知用户之间相互干扰的问题、提高频谱利用率的基于时间和带宽联合优化的双向协作抗干扰频谱接入方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于时间和带宽联合优化的双向协作抗干扰频谱接入方法，无线电通信系统包括一个主系统和一个认知系统，主系统包括主用户A和主用户B，认知系统由认知用户发送端S和认知用户接收端D组成，能够模拟主系统中的无线电协议和系统参数；所述主系统支持中继功能，有一段W带宽组成的授权频谱；所述基于时间和带宽联合优化的双向协作抗干扰频谱接入方法包括以下步骤：

1)认知用户以协作方式接入主用户的频谱，认知用户接收到主用户的信息后，通过解码转发协作方式帮助转发主用户的信息；

2)计算主用户A和B通过认知用户协作帮助后获得的速率R_A和R_B；

3)如果R_A≥R_AT且R_B≥R_BT，则主用户就会分配一部分时间给认知用户，授权其接入自己的频谱，认知用户接入主系统的频谱后，利用一部分的带宽转发主用户的信息，利用剩余的带宽发送自己的信息；否则，主用户继续通过直传发送自己的信息；

主用户和认知用户之间的时间和带宽联合分配问题建模为：

满足以下条件

其中R_AT和R_BT分别表示主用户A和B的目标速率，T＝{m,n}，B＝{α,β}，m和n分别表示主用户A和B在第一时隙和第二时隙发送自己信息所占的时间占比，α和β分别表示认知用户在第三个时隙帮助主用户A和B转发信息所用的带宽比例。R_A、R_B和R_S分别表示认知用户接入主用户频谱后，主用户A、主用户B和认知用户S获得的速率：