认知系统基于空间信号处理的频谱共享方法

摘要

本发明公开了一种认知系统基于空间信号处理的频谱共享方法，可用于认知无线电系统。其具体过程为：首先，认知系统的收发端分别获取需要的信道信息，且各自对这些信道信息进行预处理后，构造出不同的矩阵以进行收发端的空间相关度计算；然后，由CBS根据收发端计算的空间相关度，结合传输增益，计算出空域资源质量因子；最后，CBS根据空域资源质量因子计算结果，完成授权频道和特征模式的联合选择，并将结果通报认知用户后，收发端再进行联合信号处理，从而实现认知和授权系统同时同频共存。本发明方法具有收发端均参与决策，且考虑授权频道和特征模式的联合选择的优点，设计更加合理，显著改善了认知通信性能。

主权项

1.一种认知系统基于空间信号处理的频谱共享方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)CBS感知、获取信道信息和H^c，CU感知、获取信道信息H^pc和H^c，其中，i表示第i个授权频道，H^c、H^pc分别表示CBS与PU_i、CBS与CU、PBS与CU之间的信道信息；(2)在CBS端对和H^c分别作奇异值分解，即$H_i^{\mathrm{cp}}=U_i^{\mathrm{cp}}{\Lambda }_i^{\mathrm{cp}}{\left(V_i^{\mathrm{cp}}\right)}^H,$H^c＝U^cΛ^c(V^c)^H，同样，在CU端对H^pc和H^c分别作奇异值分解，即H^pc＝U^pcΛ^pc(V^pc)^H，H^c＝U^cΛ^c(V^c)^H，其中，与U^c与V^c、U^pc与V^pc的列向量分别反映了相应的系统信道等效为去耦子信道的空间特征信息；Λ^c、Λ^pc均是主对角线元素为非负实数，其余元素全为零的矩阵，且它们的主对角线的元素分别表示相应的去耦子信道的传输增益；(3)对全体1≤i≤N，1≤j≤rank(H^c)，在CBS和CU端分别构造如下矩阵：$T_{i,j}^c=[v_{i,1}^{\mathrm{cp}},L,v_{i,\mathrm{rank}\left(H_i^{\mathrm{cp}}\right)}^{\mathrm{cp}},v_1^c,L,v_{j-1}^c,v_{j+1}^c,L,v_{\mathrm{rank}\left(H^c\right)}^c],$${\bar{R}}_{i,j}^c=U^{\mathrm{pc}}=[u_1^{\mathrm{pc}},L,u_{\mathrm{rank}\left(H^{\mathrm{pc}}\right)}^{\mathrm{pc}}],$然后，在CBS端采用Gram-Schmidt方法对进行标准正交化，得${\bar{T}}_{i,j}^c=[{\bar{t}}_{i,1}^{\mathrm{cp}},L,{\bar{t}}_{i,\mathrm{rank}\left(H_i^{\mathrm{cp}}\right)}^{\mathrm{cp}},{\bar{t}}_1^c,L,{\bar{t}}_{j-1}^c,{\bar{t}}_{j+1}^c,L,{\bar{t}}_{\mathrm{rank}\left(H^c\right)}^c],$其中，j表示第j个认知特征模式，rank(·)表示矩阵的秩；(4)根据和分别在CBS端以及CU端进行认知通信与干扰的空间相关度计算；(5)CU将计算出的所有空间相关度信息上报给CBS，然后由CBS结合特征模式传输增益计算出所有空域资源质量因子Q_i，j；(6)根据已经计算出的所有空域资源质量因子Q_i，j，CBS选择最佳的共享授权频道和特征模式组合并将通报CU；(7)根据选择的最佳频道和特征模式组合在CBS端设计发射预编码向量p^c，在CU端设计接收滤波向量f^c；(8)利用计算出的p^c，CBS对要发送的信号x^c进行预编码后得到p^cx^c，然后将其发送出去；(9)利用已经计算出的f^c，CU对接收到的信号进行接收滤波处理，得到估计信号其中由如下公式给出：${\bar{y}}^c={\left(f^c\right)}^H{H}^c{p}^c{x}^c+{\left(f^c\right)}^H{H}^{\mathrm{pc}}{v}_{i,1}^p{x}_i^p+{\left(f^c\right)}^{H}n,$其中，x^c是CBS的发射符号，表示的主右奇异向量，是PBS的发射符号，n为加性高斯白噪声向量，各个分量的方差均为