[发明专利]多天线认知无线电通信系统中的鲁棒干扰抑制方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种多天线认知无线电通信系统中的鲁棒干扰抑制方法。

背景技术

无线频谱资源的有限性与新增通信业务对频谱资源的依赖性构成了目前通信领域涌现的频谱资源紧缺问题，认知无线电技术被认为是一种能够有效解决这类问题的先进无线通信技术。它针对目前静态的无线频谱资源分配方式，提出利用非授权用户（次用户或认知用户）动态接入授权用户（主用户）所占有频段的方式来提高频谱资源整体的利用效率。

原始的认知无线电概念中，认知用户只有在主用户不接入授权频段时，才能利用频谱感知等相关检测方法估计出主用户的频谱利用状态然后接入授权频段。由于频谱感知技术不能够完全准确，存在检测概率（授权频段被占用，认知用户检测出被占用的概率）与虚警概率（授权频段未被占用，认知用户检测出被占用的概率），因此这种认知用户仅仅利用频谱空洞的认知无线电实施方式在一定程度上会限制认知无线电网络的效能，从而降低频谱利用率的可提升空间。

为了更好地提高无线网络中授权频段的频谱利用率，基于频谱共享的认知无线电通信方式应运而生。它的基本思想是在保证认知用户对主用户通信质量不构成严重影响的条件下，认知用户可以和已授权的主用户同时接入主用户享有的频段。此时，两方面要求成为认知系统设计过程中应该考虑的关键点：一方面，如何尽可能地提高认知无线电网络的有效吞吐量，从而提高整个频谱的利用率；另一方面，如何有效地避免认知用户对主用户通信质量造成不能忽视的干扰。

基于多输入多输出（Multiple-input multiple-output,MIMO）技术的多天线传输成为实现基于频谱共享的认知无线电系统的最有效且合理选择之一。原因在于利用多天线技术，只要认知用户装备的天线个数大于主用户天线数，认知用户发送数据时，理论上可以直接在认知用户至主用户信道矩阵的零空间上进行传输，从而使认知用户至主用户的干扰为零。然而在实际的通信过程中，由于认知用户对于主用户是透明的，主用户没有义务与认知用户进行合作，例如协助其完成信道估计等等，因此，认知用户不能得到自己至主用户信道信息的准确值，从而致使在估计信道零空间上的传输会不可避免地对主用户产生干扰。

因此，如何有效抑制次用户对主用户的干扰成为动态频谱共享的一个核心问题。在多天线通信系统中，通过多天线技术增加了传输的空间自由度，从而能够利用波束成形有效抑制次用户对主用户的干扰及最优化次用户网络自身频谱效率，进而真正意义上利用动态频谱共享最大限度提高频谱资源的利用率。考虑到主用户没有义务为认知用户提供信道信息，认知用户只能够通过盲的信道估计方法获得自身到主用户信道矩阵的估计值，并利用该估计值进行波束成形设计。在这种情况下，所设计的波束成形矩阵需要保障从认知用户到主用户的干扰最大值在某一指定门限下，从而贯彻认知无线电网络的基本思想，使认知用户能够安全地接入授权频段而不对主用户造成不可忽视的干扰。换而言之，所设计的波束成形矩阵针对认知用户对主用户的干扰应具有对抗信道不确定性的鲁棒特性。为了实现这一目标，需要引入鲁棒设计（Robust Design）方法，但由于所需求解的针对认知系统效能最大化优化问题通常为非凸复杂问题，因此需要研究获得该类问题的有效求解方法。本发明将主要围绕这一典型的认知无线电应用场景，给出多天线认知无线电通信系统中的鲁棒干扰抑制方法。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明主要是为了有效解决认知无线电通信网络中的鲁棒干扰抑制问题，在认知用户数据发送端至主用户信道的信息不完全已知的情况下，保障认知用户对主用户的最大干扰在指定门限下的同时最大化认知无线电网络效能。

（二）技术方案

为了解决上述问题，本发明提供了一种多天线认知无线电通信系统中的鲁棒干扰抑制方法，包括以下步骤：

S1、通过非盲信道估计手段获得所述系统中认知用户数据发送端到认知用户数据接收端的信道矩阵，所述认知用户为该系统中的非授权用户，所述非盲信道估计是指待估计的信道发送端与接收端通过同步、发送训练序列等方法来实现信道估计；

S2、通过盲信道估计手段获得所述系统中认知用户数据发送端到主用户的信道矩阵，所述主用户为该系统中的授权用户，所述盲信道估计是指利用待估计信道本身固有的、与具体承载信息无关的特征或采用判决反馈方法来实现信道估计；

S3、设定保障所述主用户正常通信质量不受所述认知用户影响的干扰门限；