一种基于波束成形的抗干扰频谱接入方法

摘要

一种基于波束成形的抗干扰频谱接入方法，在该方法中，认知用户以协作的方式接入授权用户的频谱，通过解码转发的方式帮助转发授权用户的信息。如果认知用户可以帮助授权用户达到目标速率，授权用户就会分配带宽和部分时间给认知用户，使其接入频谱。否则认知用户无法接入，授权用户直传发送自己信息。在第二个时隙中，认知用户利用多天线采用迫零波束成形的方法，使用一部分功率帮助转发授权用户的信息使其达到目标速率，并用剩下功率发送自身信息。本发明有效消除了授权用户和认知用户之间相互干扰的问题，提升用户性能。

主权项

一种基于波束成形的抗干扰频谱接入方法，通信系统由一个主系统和一个认知系统组成，其中主系统包括授权用户发送端和授权用户接收端，所述主系统支持中继功能，有一段W带宽组成的授权频谱；认知系统包括认知用户发送端和认知用户接收端，其中认知用户发送端安装有多个天线，所述认知系统能够模拟主系统中的无线电协议和系统参数；其特征在于：所述基于波束成形的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授权用户的频谱，认知用户接收到授权用户的信息后，通过解码转发协作方式帮助发送授权用户的信息到授权用户接收端；2)计算授权用户通过认知用户协作帮助后获得的速率R_P；3)如果R_P≥R_T，则授权用户就会分配一半时间给认知用户，授权其接入自己的频谱，认知用户接入授权用户频谱以后，利用多天线采用迫零波束成形算法，分配一部分功率转发授权用户信息，利用剩下的功率发送自己的信息；否则授权用户通过直传发送自己的信息；授权用户和认知用户之间波束成形和功率分配问题建模为:$\underset{P_2}{max}{R}_S---\left(1\right)$满足以下条件$\left\{\begin{array}{c}{R}_P\ge R_T\\ P_1\left|\right|f_1|{|}^2+P_2|\left|f_2\right|{|}^2=P_S\end{array}\right.---\left(2\right)$其中，R_T表示授权用户的目标速率，f₁，f₂表示波束成型向量，P_S表示认知用户发送端总功率，P₁，P₂表示功率分配因子，R_P和R_S分别表示认知用户接入授权频谱后，授权用户和认知用户获得的速率。通过迫零波束成形算法得到波束成形矩阵:其中，H＝[h₁^H h₂^H]^H，h₁和h₂分别表示认知用户发送端到授权用户接收端和认知用户发送端到认知用户接收端链路多天线信道系数矩阵,F＝[f₁ f₂]为认知用户发送端的波束成形矩阵；通过数学优化方法获得最优功率分配:$P_2=\frac{P_S-(2^{\frac{2R_T}{W}}-1)\left|\right|f_1|{|}^2{{\sigma }_1}^2}{\left|\right|f_2|{|}^2}---\left(4\right)$$P_1=\frac{P_S-P_2\left|\right|f_2|{|}^2}{\left|\right|f_1|{|}^2}---\left(5\right)$其中，W表示授权带宽，σ₁²表示认知用户发送端到授权用户接收端链路的噪声方差。