一种基于极化信息处理的认知异构蜂窝网络频谱共享方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106788819A(43)申请公布日2017.05.31(21)申请号201611257469.9(22)申请日2016.12.30(66)本国优先权数据201611093572.42016.12.01CN(71)申请人北京邮电大学地址100876北京市海淀区西土城路10号(72)发明人郭彩丽陈硕曾志民冯春燕(74)专利代理机构北京永创新实专利事务所11121代理人赵文颖(51)Int.Cl.H04B17/382(2015.01)H04B17/345(2015.01)H04B17/391(2015.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种基于极化信息处理的认知异构蜂窝网络频谱共享方法(57)摘要本发明公开了一种基于极化信息处理的认知异构蜂窝网络频谱共享方法，其利用极化信息处理实现认知异构蜂窝网络中宏蜂窝和小蜂窝间的频谱共享，应用于认知异构蜂窝网络。本发明优化小蜂窝用户接收极化状态，减小来自宏蜂窝基站的干扰；优化小蜂窝基站发送极化状态，减小对宏蜂窝用户的干扰，保证宏蜂窝用户的正常工作；利用认知异构蜂窝网络的极化信息，实现小蜂窝下行容量的最大化；采用虚拟变极化方法产生极化状态，相比于改变天线硬件配置产生极化状态的方法，具有实现复杂度低的优点。CN106788819ACN106788819A权利要求书1/2页1.一种基于极化信息处理的认知异构蜂窝网络频谱共享方法，所述的认知异构蜂窝网络模型中，宏蜂窝为授权网络，由宏蜂窝基站和宏蜂窝用户组成；小蜂窝为认知网络，与宏蜂窝共享频谱；小蜂窝由小蜂窝基站和小蜂窝用户组成，小蜂窝用户记作{SUEi},i＝1,2,...,M；小蜂窝基站的发送天线是正交双极化天线，用于发送小蜂窝下行信号；SUEi的接收天线{M002i},i＝1,2,...,M，是正交双极化天线，用于接收小蜂窝下行信号；认知异构蜂窝网络频谱共享方法具体包括以下几个步骤：S01，构建基于极化信息处理的认知异构蜂窝网络频谱共享优化模型，具体包括以下步骤：S100，建立小蜂窝基站对宏蜂窝用户的干扰表达式：假设小蜂窝中共有M个小蜂窝用户，小蜂窝基站发送极化状态为{Pi,SBS},i＝1,2,…M，小蜂窝基站到宏蜂窝用户的干扰信道为Hi,SBS→MUE，宏蜂窝用户接收极化状态为PMUE，小蜂窝基站对宏蜂窝用户的干扰表示为小蜂窝基站对宏蜂窝用户的干扰不大于干扰门限Q，即S110建立小蜂窝下行容量表达式：对于小蜂窝用户，其带宽相同且等于B，噪声方差为2σi，接收极化状态为{Pi,SUE}，小蜂窝基站到小蜂窝用户的目标信道为{HSBS→i,SUE}，宏蜂窝基站到小蜂窝用户的干扰信道为{HMBS→i,SUE}，根据香农定理，小蜂窝下行容量表征为其中，Ci表示小蜂窝基站到SUEi的下行容量；S120建立优化模型：以最大化小蜂窝下行容量为目标，以小蜂窝基站对宏蜂窝用户的干扰低于干扰门限为约束条件，构建基于极化信息处理的认知异构蜂窝网络频谱共享优化模型为S02计算小蜂窝用户的最优接收极化状态：小蜂窝基站利用宏蜂窝基站到小蜂窝用户的干扰信道的信道状态信息和宏蜂窝基站的发送极化状态，得小蜂窝用户的最优接收极化状态为其中(γi,φi)是HMBS→i,SUEPMUE的幅度和相位描述子；S03简化基于极化信息处理的认知异构蜂窝网络频谱共享优化模型：令2CN106788819A权利要求书2/2页假设成立，忽略常数项将小蜂窝用户的最优接收极化状态代入优化模型中，则基于极化信息处理的认知异构蜂窝网络频谱共享优化模型简化为S04计算小蜂窝基站的最优发送极化状态：小蜂窝基站利用小蜂窝基站到小蜂窝用户的目标信道和小蜂窝基站到宏蜂窝用户的干扰信道的信道状态信息，以及小蜂窝用户接收极化状态和宏蜂窝用户接收极化状态，计算小蜂窝基站最优发送极化状态，具体求解过程如下：根据拉格朗日乘子法，构造拉格朗日函数和拉格朗日对偶函数，其中：λ为拉格朗日乘子，拉格朗日乘子和小蜂窝基站最优发送极化状态的闭合表达式分别为vmin(·)表示矩阵最小特征值对应的特征矢量。3CN106788819A说明书1/6页一种基于极化信息处理的认知异构蜂窝网络频谱共享方法技术领域[0001]本发明属于无线通信领域，涉及认知异构蜂窝网络系统，具体涉及一种认知无线电频谱共享方法。背景技术[0002]移动互联网业务的发展以及智能终端的普及驱动着无线移动通信网络容量需求的指数级增长。据高通公司预测，2010年至2020年，移动数据流量将实现1000倍增长，并导致未来无线移动通信网络容量需求的1000倍增长。如何能够大幅度提升蜂窝网络容量成为未来移动通信迫切需要解决的难题。作为革新的无线网络架构之一，由宏蜂窝和小蜂窝组成的异构蜂窝网