斂性能影響的曲線示意圖；
[0023] 圖7為不同信道學(xué)習(xí)時間下次用戶網(wǎng)絡(luò)容量性能曲線示意圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0024] MIM0認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)模型參見圖1所示，假設(shè)MIM0認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)由多個認(rèn)知 用戶和一個主用戶組成。其中一對相互通信的主用戶（PU1和PU。分別配備M。和N。個天 線；次用戶系統(tǒng)由典型的K用戶MIM0干擾網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，其中發(fā)射機(jī)k和接收機(jī)k分別配備Mk 和Nk個天線，對應(yīng)的信道傳輸矩陣為ECW>xMt(t=l，2,…，K)。假設(shè)主用戶系統(tǒng)上下行傳 輸采用TOD的通信方式，且假設(shè)信道符合互易定理。主用戶l(PUl)到主用戶2(PU2)的信 道為F，則反向信道（PU2到PU1)為FH。此外，次用戶發(fā)射機(jī)1到接收機(jī)k化聲1)和到主用 戶i的干擾信道分別用矩陣Hki和Gu表示，具體關(guān)系如圖。不妨假設(shè)所有信道滿足塊衰落 特性，且矩陣元素服從復(fù)高斯分布。次用戶所有發(fā)送/接收天線數(shù)相同，即Mk=M，Nk=N。
[0025] 假設(shè)PUi發(fā)送信號為ti(i= 1，2)，采用功率注水策略實(shí)現(xiàn)最大化數(shù)據(jù)速率（并 行傳輸d。路數(shù)據(jù)），對應(yīng)的預(yù)編碼矩陣和接收濾波矩陣分別為J1、Wi;次用戶k的發(fā)送信號 Sk化=1，2,…，K)，對應(yīng)發(fā)送預(yù)編碼矩陣和接收濾波矩陣分別為Vk和Uk，并行傳輸dk路數(shù) 據(jù)。為了不失一般性，WPU1發(fā)送，PU2接收為例。則第n時刻，PU2的接收信號ypu2(n)和 第k個次用戶的接收信號yk(n)分別為：
[0026]
(1)
[0027]
(2)[0028] 其中n?2和分別表示PU2和次用戶k信道加性高nk斯白噪聲，相應(yīng)協(xié)方差矩 陣分別為和巧，令
表示PU2受到次用戶網(wǎng)絡(luò)的干擾，
表示次用戶k受到其它次用戶的干擾。為了實(shí)現(xiàn)主次用戶同時同頻 無干擾傳輸，需要將干擾項(xiàng)Z。和Zk置0,需要滿足如下頻譜共享?xiàng)l件：
[003引其中式做表示避免次用戶對PU2干擾，式（4)表示消除次用戶網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部干擾，式 (4)表示次用戶同時傳輸dk個子流。
[0033] 次用戶"見縫插針"地利用空閑頻譜實(shí)現(xiàn)通信，采用的具體傳輸形式如圖2所示， 其中包含信道學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)傳輸兩個不同的階段；受終端天線半雙工的限制，信道檢測和數(shù) 據(jù)傳輸階段無法同時進(jìn)行。因此，次用戶在信道學(xué)習(xí)階段需要保持無線電沉默，實(shí)時監(jiān)聽信 道，W獲取所需的PU信息；而在數(shù)據(jù)傳輸階段才實(shí)現(xiàn)通信。
[0034] 下面結(jié)合附圖和技術(shù)方案對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，并通過優(yōu)選的實(shí)施例詳 細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于此。
[003引實(shí)施例一，參見圖3所示，一種MIM0認(rèn)知無線電干擾網(wǎng)絡(luò)中基于信道學(xué)習(xí)的頻譜 共享方法，包含如下步驟：
[0036] 步驟1.根據(jù)次用戶通信需求和天線配置，確定各個用戶的發(fā)送自由度dk，設(shè)置次 用戶內(nèi)部干擾口限Tk，選擇檢測時間長度；
[0037] 步驟2.次用戶選擇通信頻段和信道學(xué)習(xí)時間，實(shí)時監(jiān)聽信道狀態(tài)， 利用接收到的信號yik(n)，計算采樣協(xié)方差矩陣
對采 樣協(xié)方差矩陣4進(jìn)行特征值分解
， 得到特征值斗，木_，…，和干擾信道的正交矩陣Kf，巧并根據(jù)計算結(jié)果對 所選頻段做調(diào)整，使得總子流數(shù)能夠滿足屯? 如每)/2，其中，
M。為主用戶的天線個數(shù)；
[0038] 步驟3.通過步驟2得到的干擾信道的正交矩陣Kf，崎，計算等效信道 巧9二巧w而巧二化…，。，初始化等效預(yù)編碼矩陣Ak化二1，2,…，K)，設(shè)置A二[氣，與，…，其中ei(i= 1，2,…，dk)為基本向量，Hik為次用戶干擾信道，計算等效 發(fā)送M巧二M-馬和接收天線數(shù)W巧=W-4);
[003引步驟4.通過等效信道巧7及等效預(yù)編碼矩陣Ak，計算
對0,進(jìn)行特征值分解，取N69-di個最大特征值對應(yīng)的特征向 量構(gòu)造等效干擾子空間矩陣Cl;
[0040] 步驟5.利用等效干擾子空間矩陣Cl下標(biāo)k和1的對稱性，計算
對％進(jìn)行特征值分解，取dk個最小特征值對應(yīng)的特征 向量構(gòu)造等效預(yù)編碼矩陣Ak;
[0041] 步驟6.通過步驟5得到的等效預(yù)編碼矩陣Ak，計算用戶的干擾協(xié)方差矩陣
若trace(Qk) <rk對成立，則" 計算預(yù)編碼 矩陣=巧;"A和接收干擾抑制矩陣=KfA，結(jié)束；否則，返回步驟4,重新迭代計算。
[0042] 實(shí)施例二，與實(shí)施例一基本相同，不同之處在于；步驟4中構(gòu)造等效干擾子 空間矩陣Cl具體包含：根據(jù)交替最小化IA算法，通過實(shí)際干擾信號空間與接收端預(yù) 設(shè)干擾空間之間矩陣距離的化obenius范數(shù)來描述干擾功率泄漏，將頻譜問題轉(zhuǎn)化 為
其中，IIMf表示求矩陣化obenius范數(shù)；C,=應(yīng)盧 表示Bi正交補(bǔ)空間，即得到等效干擾子空間矩陣Cl;固定各次用戶的等效預(yù)編碼矩陣Ak，將 問題轉(zhuǎn)化巧
'其中，tr(A)表示矩陣A的 跡，a為一固定常數(shù)，最優(yōu)Cl是由化的妒9-屯個最大特征值對應(yīng)的特征向量構(gòu)成的，其中W巧=W-或，即得到
[0043] 實(shí)施例S，與實(shí)施例一基本相同，不同之處在于；步驟5中利用等效干擾子空間矩 陣(：1下標(biāo)k和1的對稱性計算具體包含；固定各次用戶的等效干擾子空間矩陣Ci，利 用下標(biāo)k和1的對稱性，得到
次用戶1的發(fā)送機(jī)等效預(yù)編碼Ak由0；的dk個最小特征值對應(yīng)的特征向量構(gòu)成，即得到
[0044] 實(shí)施例四，本實(shí)施例結(jié)合附圖4~7,進(jìn)一步說明本發(fā)明MIM0認(rèn)知無線電干擾網(wǎng)絡(luò) 中基于信道學(xué)習(xí)的頻譜共享方法的具體實(shí)現(xiàn)方式。
[0045] 該算法通過對接收信號進(jìn)行二階統(tǒng)計，獲取主用戶的空間空閑狀態(tài)信息，來調(diào)整 次用戶網(wǎng)絡(luò)的發(fā)送參數(shù)，實(shí)現(xiàn)與已有主用戶系統(tǒng)的無干擾同時同頻傳輸。算法在信道學(xué)習(xí) 和數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶幚砭唧w如下：
[004引 （1)信道學(xué)習(xí)階段
[0047] 主用戶i發(fā)送信號可表示為：
[0048]
[0049] 其中噸為次用戶信道學(xué)習(xí)的采樣點(diǎn)數(shù)，與信道學(xué)習(xí)時長和采樣率有 關(guān)。假設(shè)如《)為獨(dú)立同分布的偽隨機(jī)信號，協(xié)方差矩陣為式f，則發(fā)送協(xié)方差矩陣
(曰i為PUi發(fā)送信號的概率，且滿足a1+a1)。
[0050] 為了方便分析且不失一般性，WPU1發(fā)送，PU2接收為例，描述次用戶信道學(xué)習(xí)過 程。次用戶k發(fā)送端在信道學(xué)習(xí)階段處于無線電靜默，接收到的信號為
[0051]
(7)
[0052] 則接收的數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣為
[0053]
[0054] 此時PU1到次用戶的等效干擾信道為Gif=(泌。由于主用戶采用功率注水策 略，滿足/fGit3WiGit條件，當(dāng)次用戶預(yù)編碼矩陣￥,滿足K= 0時，次用戶k對PU1無 干擾，即式（3)成立。
[00巧]事實(shí)上，次用戶無法直接獲得數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣Rik，通常利用采樣協(xié)方差矩陣為;代 替，其中
[0056]
(9)
[0057] 對4進(jìn)行特征值分解得如=Fw.Au.Kf=的1'，唯']AJ巧'，咕If，其中 Au- =3略(年，木_，一八,")為特征值的降序排列的對角矩陣，巧^為干擾信道的正交矩陣，利 用它可實(shí)現(xiàn)對主用戶的無干擾傳輸。利用最小描述長度方法，可得到主用戶自由度d。的估 計
[0058]
[0059] 此外，還可W根據(jù)需求，適當(dāng)?shù)男拚ik的最大似然估計為
[0060]
(11)
[0061 ] 其中
'根據(jù)矩陣?yán)碚摽芍?，?)叩1(2,二0 ,則G曲巧>二0，同理 可得巧^使得巧巧i=〇。
[0062] (2)數(shù)據(jù)傳輸階段
[0063] 數(shù)據(jù)傳輸階段次用戶需要利用信道學(xué)習(xí)的結(jié)果調(diào)整傳輸參數(shù)，在避免對主用戶干 擾的同時，最大化網(wǎng)絡(luò)吞吐量。令Ft=巧>斗-，=巧2>公,此時式（3)已滿足，式（4) (5)轉(zhuǎn) 化為
[0066] 其中/^/；^、^；1為定義的等效信道，4,、81為等效預(yù)編碼和等效干擾抑制矩陣。本 文在根據(jù)信道學(xué)習(xí)得到的等效信道的，將交替最小化IA算法思想引入到認(rèn)知MIM0場景中， 通過實(shí)際干擾信號空間與接收端預(yù)設(shè)干擾空間之間矩陣距離的化obenius范數(shù)來