多用戶混合式頻譜共享方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多用戶混合式頻譜共享方法和系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 頻譜共享是認(rèn)知無線電重要技術(shù)之一，是認(rèn)知用戶在不干擾主用戶的情況下與主 用戶共享授權(quán)頻段。目前有共存式頻譜共享（Underlay)和機(jī)會(huì)式頻譜共享（Overlay)。 Underlay模式即是認(rèn)知用戶感知到主用戶存在的情況下與主用戶共享頻段。Overlay模式 即是認(rèn)知用戶感知到頻段空閑的情況下利用接入頻段。然而，在當(dāng)前認(rèn)知無線電的頻譜共 享的研究中，基本只單獨(dú)對(duì)underlay方式和overlay方式進(jìn)行研究。在underlay模式下， 由于認(rèn)知用戶只能以很小的發(fā)射功率進(jìn)行傳輸，因而只能近距離通信；而在overlay模式 下，由于認(rèn)知用戶只能在頻譜空洞時(shí)使用頻譜，因而無法充分利用頻段。由此可見，單獨(dú)使 用underlay模式和overlay模式難以保證授權(quán)頻段可以被實(shí)時(shí)利用，頻譜利用率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種多用戶混合式頻譜共享方法和系統(tǒng)，其能 夠保證主用戶的通信質(zhì)量的前提下，最優(yōu)化認(rèn)知用戶的中斷概率，最終提高系統(tǒng)頻譜利用 率和系統(tǒng)容量。
[0004] 為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0005] -種多用戶混合式頻譜共享方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟1、認(rèn)知用戶發(fā)起頻譜感知，感知授權(quán)頻段是否空閑；
[0007] 步驟2、若步驟1感知到授權(quán)頻段空閑，則認(rèn)知用戶擬采用機(jī)會(huì)式頻譜共享模式下 的最優(yōu)中斷概率時(shí)的發(fā)射功率接入該授權(quán)頻段；
[0008] 步驟3、計(jì)算待接入的認(rèn)知用戶的接收信噪比；若認(rèn)知用戶接收信噪比大于等于 預(yù)設(shè)的信噪比門限值時(shí)，則控制認(rèn)知用戶繼續(xù)接入該授權(quán)頻段；否則，控制認(rèn)知用戶接入其 他頻段；
[0009] 步驟4、當(dāng)新的認(rèn)知用戶接入該授權(quán)頻段時(shí)，則假定新的認(rèn)知用戶已接入該授權(quán)頻 段，同時(shí)計(jì)算該授權(quán)頻段內(nèi)包括新的認(rèn)知用戶在內(nèi)的各認(rèn)知用戶的接收信噪比；若各認(rèn)知 用戶的接收信噪比均大于等于預(yù)設(shè)的信噪比門限值時(shí)，則正式允許新的認(rèn)知用戶接入該授 權(quán)頻段；否則，控制新的認(rèn)知用戶接入其他頻段；
[0010] 步驟5、若步驟1感知到主用戶占用了授權(quán)頻段即授權(quán)頻段非空閑，則認(rèn)知用戶擬 采用共存式頻譜共享模式下的最優(yōu)中斷概率時(shí)的發(fā)射功率接入該授權(quán)頻段；
[0011] 步驟6,計(jì)算該認(rèn)知用戶的干擾；若認(rèn)知用戶的干擾大于主用戶的干擾門限時(shí)，則 控制認(rèn)知用戶接入其他頻段；若認(rèn)知用戶的干擾小于主用戶的干擾門限時(shí)，則計(jì)算待接入 的認(rèn)知用戶的接收信噪比；若認(rèn)知用戶接收信噪比大于等于預(yù)設(shè)的信噪比門限值時(shí)，則控 制認(rèn)知用戶繼續(xù)接入該授權(quán)頻段；否則，控制認(rèn)知用戶接入其他頻段；
[0012] 步驟7、當(dāng)新的認(rèn)知用戶接入該授權(quán)頻段時(shí)，則假定新的認(rèn)知用戶已接入該授權(quán)頻 段，同時(shí)計(jì)算該授權(quán)頻段內(nèi)包括新的認(rèn)知用戶在內(nèi)的所有認(rèn)知用戶的總干擾；若認(rèn)知用戶 的總干擾大于主用戶的干擾門限時(shí)，則控制新的認(rèn)知用戶接入其他頻段；若認(rèn)知用戶的總 干擾小于主用戶的干擾門限時(shí)，則計(jì)算該授權(quán)頻段內(nèi)包括新的認(rèn)知用戶在內(nèi)的各認(rèn)知用戶 的接收信噪比，若各認(rèn)知用戶的接收信噪比均大于等于預(yù)設(shè)的信噪比門限值時(shí)，則正式允 許新的認(rèn)知用戶接入該授權(quán)頻段；否則，控制新的認(rèn)知用戶接入其他頻段。
[0013] 作為改進(jìn)，所述步驟4之后，還進(jìn)一步包括對(duì)主用戶授權(quán)頻段監(jiān)聽過程，即當(dāng)監(jiān)聽 到主用戶返回至該授權(quán)頻段時(shí)，則所有認(rèn)知用戶擬采用共存式頻譜共享模式下的最優(yōu)中斷 概率時(shí)的發(fā)射功率接入該授權(quán)頻段；此時(shí)，
[0014] 計(jì)算該授權(quán)頻段內(nèi)所有認(rèn)知用戶的總干擾；若所有認(rèn)知用戶的總干擾大于主用戶 的干擾門限時(shí)，則控制部分認(rèn)知用戶退出該授權(quán)頻段，直至讓留下的所有認(rèn)知用戶的總干 擾小于主用戶的干擾門限；
[0015] 若認(rèn)知用戶的總干擾小于主用戶的干擾門限時(shí)，則計(jì)算該授權(quán)頻段內(nèi)的各認(rèn)知用 戶的接收信噪比，若各認(rèn)知用戶的接收信噪比均大于等于預(yù)設(shè)的信噪比門限值時(shí)，則允許 所有的認(rèn)知用戶接入該授權(quán)頻段；否則，控制部分認(rèn)知用戶退出該授權(quán)頻段，直至留下的各 認(rèn)知用戶的接收信噪比均大于等于預(yù)設(shè)的信噪比門限值。
[0016] 上述認(rèn)知用戶退出授權(quán)頻段的方式是：
[0017] 當(dāng)所有認(rèn)知用戶的總干擾大于主用戶的干擾門限時(shí)，則按照認(rèn)知用戶接入授權(quán)頻 段的先后順序控制部分認(rèn)知用戶退出該授權(quán)頻段，即讓后接入的認(rèn)知用戶先退出授權(quán)頻 段。
[0018] 當(dāng)各認(rèn)知用戶的接收信噪比均小于預(yù)設(shè)的信噪比門限值時(shí)，則按照認(rèn)知用戶接入 授權(quán)頻段的先后順序控制部分認(rèn)知用戶退出該授權(quán)頻段，即讓后接入的認(rèn)知用戶先退出授 權(quán)頻段。
[0019] 作為改進(jìn)，所述步驟7之后，還進(jìn)一步包括對(duì)主用戶授權(quán)頻段監(jiān)聽過程，即當(dāng)監(jiān)聽 到主用戶離開該授權(quán)頻段時(shí)，則所有認(rèn)知用戶擬采用機(jī)會(huì)式頻譜共享模式下的最優(yōu)中斷概 率時(shí)的發(fā)射功率接入該授權(quán)頻段；此時(shí)，
[0020] 計(jì)算該授權(quán)頻段內(nèi)的各認(rèn)知用戶的接收信噪比，若各認(rèn)知用戶的接收信噪比均大 于等于預(yù)設(shè)的信噪比門限值時(shí)，則允許所有的認(rèn)知用戶接入該授權(quán)頻段；否則，控制部分認(rèn) 知用戶退出該授權(quán)頻段，直至留下的各認(rèn)知用戶的接收信噪比均大于等于預(yù)設(shè)的信噪比門 限值。
[0021] 上述認(rèn)知用戶退出授權(quán)頻段的方式是：
[0022] 當(dāng)各認(rèn)知用戶的接收信噪比均小于預(yù)設(shè)的信噪比門限值時(shí)，則按照認(rèn)知用戶接入 授權(quán)頻段的先后順序控制部分認(rèn)知用戶退出該授權(quán)頻段，即讓后接入的認(rèn)知用戶先退出授 權(quán)頻段。
[0023] 步驟2中機(jī)會(huì)式頻譜共享模式下的最優(yōu)中斷概率時(shí)的發(fā)射功率和步驟5中共存式 頻譜共享模式下的最優(yōu)中斷概率時(shí)的發(fā)射功率均預(yù)先已確定。
[0024] 基于上述方法的多用戶混合式頻譜共享系統(tǒng)，由中心節(jié)點(diǎn)、主用戶和至少一個(gè)認(rèn) 知用戶組成；中心節(jié)點(diǎn)與主用戶無線連接，中心節(jié)點(diǎn)和各個(gè)認(rèn)知用戶無線連接。
[0025] 認(rèn)知用戶主要由認(rèn)知中心單元、以及與認(rèn)知中心單元相連的認(rèn)知感知接收機(jī)、認(rèn) 知收發(fā)信機(jī)和通信單元組成。通信單元與中心節(jié)點(diǎn)相連。
[0026] 認(rèn)知感知接收機(jī)包括感知天線、感知射頻前端模塊、感知AD轉(zhuǎn)換模塊、感知數(shù)字 帶通濾波模塊和感知基帶處理模塊；感知天線經(jīng)感知射頻前端模塊與感知AD轉(zhuǎn)換模塊的 輸入端相連，感知AD轉(zhuǎn)換模塊的輸出端經(jīng)感知數(shù)字帶通濾波模塊與感知基帶處理模塊相 連；感知基帶處理模塊和感知射頻前端模塊與認(rèn)知中心單元連接。
[0027] 認(rèn)知收發(fā)信機(jī)包括收發(fā)天線、雙工器、射頻接收前端模塊、接收AD轉(zhuǎn)換模塊、接收 數(shù)字帶通濾波模塊、射頻發(fā)射前端模塊、發(fā)射AD轉(zhuǎn)換模塊、發(fā)射數(shù)字帶通濾波模塊和收發(fā) 基帶處理模塊；收發(fā)天線經(jīng)雙工器分別連接射頻接收前端模塊的輸入端和射頻發(fā)射前端模 塊的輸出端；射頻接收前端模塊的輸出端經(jīng)接收AD轉(zhuǎn)換模塊與接收數(shù)字帶通濾波模塊的 輸入端相連，接收數(shù)字帶通濾波模塊的輸出端連接收發(fā)基帶處理模塊；收發(fā)基帶處理模塊 連接發(fā)射數(shù)字帶通濾波模塊的輸入端，發(fā)射數(shù)字帶通濾波模塊的輸出端經(jīng)發(fā)射AD轉(zhuǎn)換模 塊與射頻發(fā)射前端模塊的輸入端相連；收發(fā)基帶處理模塊、射頻發(fā)射前端模塊和射頻接收 前端模塊與認(rèn)知中心單元連接。
[0028] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0029] 1、采用混合式頻譜共享方式，當(dāng)認(rèn)知用戶感知到頻段空閑時(shí)，