[发明专利]一种基于极化域和功率域协同的认知异构蜂窝网络频谱共享方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及认知异构蜂窝网络，具体涉及一种认知无线电的频谱共享技术。

背景技术

随着无线通信业务的发展和智能通信设备的普及，频谱资源日渐匮乏，而无线网络容量需求呈现指数级增长。传统宏蜂窝网络中，改进空口技术和小区分裂提升容量的方式已不能有效地满足急速增长的网络容量需求。在频谱资源紧缺、空口技术提升容量有限的现状下，无线网络架构的革新被认为是支撑网络容量指数级增长的基础。作为IMT-Advanced的候选技术之一，第三代合作伙伴计划提出了LTE-Advanced技术标准，引入了异构网络架构：在宏蜂窝覆盖之下，通过部署小蜂窝的方式增强室内覆盖及增加室外热点容量，从而较好地满足未来数据业务需求。

然而，由于小蜂窝的频率复用，异构蜂窝网络存在宏蜂窝与小蜂窝间同频复用导致的跨层干扰问题。认知无线电(CR，Cognitive radio)技术作为一种智能的频谱共享技术，可以有效地解决频谱资源匮乏与业务量不断增长的矛盾。在CR系统中，小蜂窝作为认知网络在避免对宏蜂窝即授权网络产生有害干扰的条件下，利用存在的频谱机会(包含时域、频域、空域、功率域、距离域以及码域等)，实现和授权网络的频谱共享。由于小蜂窝网络具有低功耗和短覆盖范围的特征，功率域频谱共享是最受关注的研究内容之一^[1]。然而，在干扰规避和发射功率最小等多约束条件下，可利用的发射功率范围即功率域频谱机会减少。可用频谱机会的减少与异构蜂窝网络对频谱利用率需求的增加成为突出矛盾。

随着下一代无线通信系统的发展，受天线空间、尺寸等因素影响，具有正交双极化天线的基站和终端越来越普及，推动了对极化信息的利用以及极化域频谱共享的研究。在无线通信领域，极化和功率域资源的协同开始受到重视，相关研究包括联合功率分配的极分多址方法^[2]和基于极化抗干扰的能量收集技术^[3]。然而，在异构蜂窝网络领域和频谱共享研究中，极化和功率域资源协同的增益还未被挖掘。

[1]R.Zhang,Y.C.Liang,“Exploiting multi-Antennas for opportunistic spectrum sharing in cognitive radio networks,”IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing,vol.2,no.1,pp.88-102,2008.

[2]Q.Zhang,B.Cao,Y.Wang,et al.,“On exploiting polarization for energy-harvesting enabled cooperative cognitive radio networking,”IEEE Wireless Commun.,vol.20,no.4,pp.116-124,2013.

[3]S.-C.Kwon,“Optimal power and polarization for the capacity of polarization division multiple access channels,”in Proc.IEEE GLOBLCOM,pp.4221-4225,2014.

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，协同利用极化和功率域资源实现认知异构蜂窝网络的无干扰共存，基于极化信息处理理论和功率分配方法，提供了一种认知异构蜂窝网络基于极化域和功率域协同的频谱共享方法，应用于认知异构蜂窝网络。

该方法通过优化小蜂窝基站的发送功率和发送极化状态，以及小蜂窝用户的接收极化状态，在满足宏蜂窝的干扰约束下实现了小蜂窝下行容量的最大化，提高了系统频谱效率。

为了达到上述技术效果，本发明实施例的一种认知异构蜂窝网络基于极化域和功率域协同的频谱共享方法，包括：

小蜂窝基站通过双极化天线向小蜂窝用户发送目标信号，宏蜂窝基站向宏蜂窝用户发送目标信号，宏蜂窝用户受到小蜂窝下行通信的干扰，小蜂窝用户通过双极化天线同时接收到宏蜂窝基站发送的干扰信号；

构建认知异构蜂窝网络基于极化域和功率域协同的频谱共享优化模型，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以及小蜂窝基站发送功率不大于功率门限并不小于零为约束条件，优化参数为小蜂窝基站发送功率和发送极化状态，小蜂窝用户接收极化状态；

固定小蜂窝发送功率，简化基于极化域和功率域协同的频谱共享优化模型；