[发明专利]一种考虑垂直及水平干扰的认知TD-LTE系统上行功率控制方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信领域，特别涉及分时长期演进系统（TD-LTE，Time Division Long Term Evolution）功率控制以及认知无线电频谱共享技术。 

背景技术

随着无线通信业务的飞速发展，频谱资源日渐匮乏，如何充分利用现有频谱资源，提高频谱利用率成为了人们关注的热点问题。由于模拟电视向数字电视的转换，一些位于超高频（UHF，Ultra High Frequency）和甚高频（VHF，Very High Frequency）部分的频段空闲了出来，称为电视白频段（TVWS，TV White Space）。如何将电视白频谱利用于无线移动通信中已成为研究热点，另外，不同异构系统同时共享电视白频谱也成为热点研究趋势之一。 

通过认知无线电（CR，Cognitive radio）技术我们可以对TVWS加以利用。CR技术是一种新型的智能频谱共享技术，可主动检测并机会式利用授权频段中的频谱空穴(所述频谱空穴为已分配给授权用户但未被其使用的空闲频谱)，实现不可再生频谱资源的再次利用。在CR系统的实际无线应用场景中，通常包括：授权用户、认知用户（也称CR用户）、CR基站。 

本发明的场景为TD-LTE和分频长期演进系统（FD-LTE，Frequency Division Long Term Evolution）同时利用相邻频段的空闲电视白频谱并且两系统所用频段与电视系统频段相邻的场景，其中，授权用户为电视系统中的电视接收机，认知用户为TD-LTE和FD-LTE系统中的用户（UE，User Equipment）。作为认知用户，TD-LTE用户利用授权用户的频谱首先要保证对于授权用户不造成干扰。针对这一问题，许多研究通过设置额外隔离度，即增大保护频段或保护距离，来避免干扰，但是这样的设置会导致可用频谱资源的减少从而会降低频谱利用率。作为一种在传统无线电网络中广泛应用的抑制干扰的有效策略，功率控制也可用来减小干扰并且不会带来降低频谱利用率的问题。 

基于长期演进系统(LTE，Long Term Evolution)的第四代移动通信技术的研究已日益成熟，然而由于其较高的速率要求以及其他系统所带来的同频或邻频干扰，LTE系统的大范围部署将会面临频谱缺乏的问题。基于上述问题，将电视白频谱利用于LTE系统已成为了一大研究热点。然而，当LTE利用电视白频谱时会对电视系统造成垂直干扰，另外当FD-LTE与TD-LTE同时共享电视白频谱时，两系统之间的水平干扰也应加以考虑。 

针对TD-LTE系统，本发明利用上行功率控制来避免TD-LTE UE发射的信号对电视系统的干扰，同时减小对FD-LTE UE的干扰。现有关于TD-LTE上行功率控制的算法主要考虑的是 TD-LTE系统本身的性能，并没有考虑与其他系统之间的干扰，因此并不适用于LTE系统与电视系统共存的场景。 

作为研究决策主体的行为发生直接相互作用的决策以及这种决策的均衡问题的理论，博弈论以被广泛应用于认知无线电中的功率控制。本研究借鉴基于博弈论的认知无线电功率控制的思想，充分考虑TD-LTE与电视系统间的垂直干扰以及与FD-LTE间的水平干扰，提出了针对此场景的TD-LTE上行功率控制算法，在保证电视接收机的正常工作的情况下减小对FD-LTE UE的干扰。 

发明内容

在TD-LTE与FD-LTE同时共享电视白频谱的场景下，为了在保证电视接收机正常工作的情况下减小对FD-LTE UE的干扰，本发明提出了一种基于博弈论的TD-LTE上行功率控制算法，所含技术方案如下： 

一种考虑垂直及水平干扰的认知TD-LTE系统上行功率控制算法，包括： 

建立单个TD-LTE UE对电视接收机的垂直干扰表达式，以及整个TD-LTE系统对电视接收机的垂直干扰和对FD-LTE UE的水平干扰表达式。 

根据TD-LTE UE造成的垂直干扰与水平干扰比例建立基于干扰比例的效用函数及代价函数。 

根据效用函数构建非合作博弈功率控制优化模型，以TD-LTE UE对电视接收机的干扰低于干扰门限并保证TD-LTE UE的信噪比大于正常工作门限为前提，以最大化效用函数为目的。 

根据纳什均衡存在性及唯一性定理对非合作博弈功率控制优化模型均衡解的存在性及唯一性进行证明。 

对非合作博弈功率控制优化模型进行求解，确定TD-LTE UE发射功率。 

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：