認(rèn)知無線電mimo-ofdm系統(tǒng)中基于認(rèn)知用戶漏功率的干擾抑制預(yù)編碼方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信系統(tǒng)中認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，具體涉及通信的預(yù)編碼方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著無線通信技術(shù)及應(yīng)用日新月異，人們對于數(shù)據(jù)傳輸速率和頻譜帶寬 的需求急速增長，非授權(quán)頻譜資源已十分匱乏。與此同時，傳統(tǒng)頻譜資源分配方法使得授權(quán) 頻段的頻譜效率處在很低的水平。因此，在不改變頻段分配格局的情況下引入認(rèn)知無線電 技術(shù)是解決未來無線頻譜資源短缺的一個有效的技術(shù)方案。此外，由于OFDM技術(shù)的正交多 載頻特點能夠克服無線信道中的頻率選擇性衰落；而Mnro技術(shù)由于在收發(fā)端配置了多副 天線，獲得了空間分集復(fù)用增益，增加了信道容量，提高了信道鏈路質(zhì)量。
[0003] 傳統(tǒng)的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)采用的是單天線系統(tǒng)，為了避免授權(quán)系統(tǒng)和認(rèn)知系統(tǒng)以及 認(rèn)知內(nèi)部的干擾，可以從時分或者頻分的角度進(jìn)行干擾躲避。然而，將MMO多天線技術(shù)以 及OFDM技術(shù)和認(rèn)知無線電技術(shù)結(jié)合起來，由于多流數(shù)據(jù)可以在同頻同時傳輸，其勢必會給 系統(tǒng)帶來更大的共道干擾，因此對于發(fā)端信號如何合理預(yù)處理、收端信號如何檢測、收發(fā)信 號的組織方式等干擾抑制預(yù)編碼方法的研究成為系統(tǒng)實際應(yīng)用并提升信道容量的關(guān)鍵，有 著十分重要的實際意義。
[0004] 在認(rèn)知MMMFDM系統(tǒng)中，授權(quán)用戶與認(rèn)知用戶以及認(rèn)知用戶之間的干擾問題一 直是其核心技術(shù)難題，因此需要有效的系統(tǒng)組織模式和高效合理的輸入輸出信號處理算法 對用戶間干擾進(jìn)行抑制。預(yù)編碼算法是一種在系統(tǒng)收、發(fā)兩端進(jìn)行信號處理的技術(shù)，利用收 發(fā)端獲取到的信道狀態(tài)信息，在發(fā)射端對輸入信號進(jìn)行預(yù)處理，在接收端通過解碼和信號 檢測算法還原出原始信號，以達(dá)到消除用戶間干擾、降低誤碼率和提高系統(tǒng)性能的目的。傳 統(tǒng)的認(rèn)知無線電預(yù)編碼技術(shù)一般針對單天線網(wǎng)絡(luò)僅采用時頻域編碼技術(shù)，并且沒有根據(jù)不 同用戶對于頻段的使用權(quán)限來區(qū)分干擾抑制的優(yōu)先級別，使得認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的總效用和 系統(tǒng)容量較低，誤碼性能差，并且可能對授權(quán)用戶造成較大干擾，不能滿足實際要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了解決傳統(tǒng)的認(rèn)知無線電預(yù)編碼技術(shù)存在的系統(tǒng)容量較低、誤碼性能差 的問題，進(jìn)而提出了認(rèn)知無線電MMO-OFDM系統(tǒng)中基于認(rèn)知用戶漏功率的干擾抑制預(yù)編碼 方法。
[0006] 認(rèn)知無線電祖MO-OFDM系統(tǒng)中基于認(rèn)知用戶漏功率的干擾抑制預(yù)編碼方法，包括 下述步驟：
[0007] 步驟1 :設(shè)置認(rèn)知無線電MIM0-0FDM系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)，包括收發(fā)端天線數(shù)目、授權(quán) 用戶和認(rèn)知用戶數(shù)目以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)上述系統(tǒng)參數(shù)建立認(rèn)知無線電Mnro-OFDM系統(tǒng)模 型，根據(jù)認(rèn)知無線電MMO-OFDM系統(tǒng)模型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建立認(rèn)知基站發(fā)射信息預(yù)編碼的數(shù)學(xué) 模型；
[0008] 步驟2 :基于步驟1中建立的發(fā)射信息預(yù)編碼數(shù)學(xué)模型，考慮認(rèn)知無線電 Μηω-OFDM系統(tǒng)中采用的正交頻分復(fù)用技術(shù)，進(jìn)一步建立等效的多天線MMO信道的信道模 型，并分析授權(quán)用戶接收到的信息與干擾；
[0009] 步驟3 :基于傳統(tǒng)的預(yù)編碼算法設(shè)計中最大化用戶信干噪比準(zhǔn)則具有耦合度過高 的問題，建立基于認(rèn)知用戶漏功率優(yōu)化準(zhǔn)則的數(shù)學(xué)模型；
[0010] 步驟4 :基于步驟3中建立的認(rèn)知用戶漏功率優(yōu)化準(zhǔn)則數(shù)學(xué)模型，結(jié)合認(rèn)知無線電 M頂O-OFDM系統(tǒng)干擾約束以及認(rèn)知基站的發(fā)射功率約束，建立認(rèn)知無線電OFDM-M頂0系統(tǒng) 干擾抑制預(yù)編碼優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型；
[0011] 步驟5 :針對認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)對授權(quán)網(wǎng)絡(luò)的干擾約束條件，利用編碼技術(shù)和矩陣投射理 論消除認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)對授權(quán)網(wǎng)絡(luò)干擾；
[0012] 步驟6 :根據(jù)最小化認(rèn)知用戶漏功率優(yōu)化準(zhǔn)則結(jié)合基站發(fā)射功率約束設(shè)計干擾抑 制預(yù)編碼矩陣；
[0013] 步驟7 :計算功率因子Pk，基于注水定理對認(rèn)知無線電MMO-OFDM系統(tǒng)進(jìn)行最優(yōu) 化功率分配，從而完成認(rèn)知無線電Mnro-OFDM系統(tǒng)中基于認(rèn)知用戶漏功率的干擾抑制預(yù)編 碼。
[0014] 本發(fā)明針對認(rèn)知基站及認(rèn)知用戶均配備多天線的場景，首先設(shè)計了正交頻分復(fù)用 的數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)，計算出等效的頻域信道矩陣；然后利用矩陣變換和空間投射理論，消除認(rèn)知 系統(tǒng)對于授權(quán)用戶造成的干擾；最后根據(jù)組合優(yōu)化理論對認(rèn)知用戶之間的共道干擾進(jìn)行解 耦合處理，利用最小化漏功率準(zhǔn)則得到最優(yōu)預(yù)編碼方法。本發(fā)明的編碼方法相較于幾種傳 統(tǒng)的預(yù)編碼方法可以在認(rèn)知系統(tǒng)容量和接收端誤碼率方面分別得到2dB和4dB以上的增 益；同時，本發(fā)明的計算復(fù)雜度低，操作簡單，性能穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0015] 圖1為認(rèn)知無線電M頂O-OFDM系統(tǒng)模型示意圖；
[0016] 圖2為注水定理功率分配方法過程示意圖；
[0017] 圖3為本發(fā)明的流程圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0018] 一：結(jié)合圖3說明本實施方式，
[0019] 認(rèn)知無線電MMO-OFDM系統(tǒng)中基于認(rèn)知用戶漏功率的干擾抑制預(yù)編碼方法，包括 下述步驟：
[0020] 步驟1 :設(shè)置認(rèn)知無線電MIM0-0FDM系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)，包括收發(fā)端天線數(shù)目、授權(quán) 用戶和認(rèn)知用戶數(shù)目以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)上述系統(tǒng)參數(shù)建立認(rèn)知無線電MMO-OFDM系統(tǒng)模 型，如圖1所示，根據(jù)認(rèn)知無線電MIM0-0FDM系統(tǒng)模型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)建立認(rèn)知基站發(fā)射信息預(yù) 編碼的數(shù)學(xué)模型；
[0021] 步驟2 :基于步驟1中建立的發(fā)射信息預(yù)編碼數(shù)學(xué)模型，考慮認(rèn)知無線電 Μηω-OFDM系統(tǒng)中采用的正交頻分復(fù)用技術(shù)，進(jìn)一步建立等效的多天線MMO信道的信道模 型，并分析授權(quán)用戶接收到的信息與干擾；
[0022] 步驟3 :基于傳統(tǒng)的預(yù)編碼算法設(shè)計中最大化用戶信干噪比準(zhǔn)則具有耦合度過高 的問題，建立基于認(rèn)知用戶漏功率優(yōu)化準(zhǔn)則的數(shù)學(xué)模型；
[0023] 步驟4 :基于步驟3中建立的認(rèn)知用戶漏功率優(yōu)化準(zhǔn)則數(shù)學(xué)模型，結(jié)合認(rèn)知無線電 M頂O-OFDM系統(tǒng)干擾約束以及認(rèn)知基站的發(fā)射功率約束，建立認(rèn)知無線電OFDM-M頂0系統(tǒng) 干擾抑制預(yù)編碼優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型；
[0024] 步驟5 :針對認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)對授權(quán)網(wǎng)絡(luò)的干擾約束條件，利用編碼技術(shù)和矩陣投射理 論消除認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)對授權(quán)網(wǎng)絡(luò)干擾；
[0025] 步驟6 :根據(jù)最小化認(rèn)知用戶漏功率優(yōu)化準(zhǔn)則結(jié)合基站發(fā)射功率約束設(shè)計干擾抑 制預(yù)編碼矩陣；
[0026] 步驟7 :計算功率因子Pk，基于注水定理對認(rèn)知無線電MMO-OFDM系統(tǒng)進(jìn)行最優(yōu) 化功率分配，從而完成認(rèn)知無線電Mnro-OFDM系統(tǒng)中基于認(rèn)知用戶漏功率的干擾抑制預(yù)編 碼。
【具體實施方式】 [0027] 二：本實施方式所述的步驟1包括下述步驟：
[0028] 首先對認(rèn)知無線電MMO-OFDM系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置并建立系統(tǒng)模型：系統(tǒng)部署的認(rèn) 知基站和認(rèn)知用戶均配備多根天線；認(rèn)知無線電MMO-OFDM系統(tǒng)包含授權(quán)網(wǎng)絡(luò)和認(rèn)知網(wǎng)絡(luò) 兩個子網(wǎng)絡(luò)，分別存在一個授權(quán)用戶和K個認(rèn)知用戶，并且部署了授權(quán)基站和認(rèn)知基站；授 權(quán)基站和認(rèn)知基站發(fā)射端均配置了 Nt根發(fā)射天線且第每個認(rèn)知用戶分別配置了 Nu根接收 天線；
[0029] 設(shè)認(rèn)知基站向第k個認(rèn)知用戶發(fā)送的信息為Sk= [sk(0)，Sk(1)，…，Sk(N-I)]τ，其 *sk(n)為N點IFFT的OFDM中第η個子載波所承載的信息，k= 1，2,…，Κ，η = 0, 1，"·，Ν-1 ; Wk表示NNtX 1維的認(rèn)知用戶的預(yù)編碼矩陣；
[0030] 為了方便進(jìn)一步的計算，不失一般性的，將發(fā)送信息Sk和預(yù)編碼矩陣Wk都進(jìn) 行功率歸一化處理，g卩
；發(fā)送信息經(jīng)過編碼后的信息為 秦= 其中，上標(biāo)（?廣表示矩陣的共輒轉(zhuǎn)置，而E [·]和Tr( ·)分別表示矩陣的期 望和跡；
[0031] 在認(rèn)知基站發(fā)送端將編碼后的信息進(jìn)行疊加并進(jìn)行OFDM的N-IFFT變換操作， 得到認(rèn)知基站發(fā)射信息預(yù)編碼的數(shù)學(xué)模型X :
[0033]
，其中F為NXN維的FFT矩陣，1%為N t維單位陣。
[0034] 其它步驟與【具體實施方式】一相同。
【具體實施方式】 [0035] 三：本實施方式步驟