[发明专利]面向5G通信系统中多角度频谱共享系统及方法

说明书

本发明属于多角度频谱共享领域，尤其涉及面向5G通信系统中多角度频谱共享方法。为减少次要用户(SU)对主用户(AU)的干扰并降低SU之间的竞争问题。本发明针对频谱共享在频域角度、时间角度、空间角度进行研究，从多次共享的次数角度出发，提出5G通信系统中多角度频谱共享方法，分析了SU与AU的概率性干扰矛盾，SU数和AU空闲的信道数量的关系，以及不同SU彼此的共享关系，从而完善了仿真分析系统效用目标的性能，提高总数据交换量和数据传输需求。

技术领域

本发明是一种面向5G通信系统中多角度频谱共享系统及方法，尤其涉及5G通信系统的多角度频谱共享技术，属于通信领域。

背景技术

5G时代加速到来，频谱共享是大势所趋，现有的5G通信系统频谱资源短缺，对建立一个良好的无线通信系统有迫切的要求。通过频谱精细化管理，可以在频域、时域、空域多个维度实现频谱共享。在使用频谱空洞的矛盾是授权用户(Authorizeduser,AU)和次级用户(seconduser,SU)之间的冲突，为了保证AU在其频段上的正常通信，在AU回归的时候，SU需要释放其所占用的信道，将其“归还”给AU。然而鉴于AU回归至某频段是一种随机行为，而且SU突然切换到空闲信道，系统的性能在不同程度上受到影响，这样为了使SU在其使用的频谱空洞内能够完整地实现自己的通信需求，需要分析信道的状态及其所保持的时间长度。

空闲的频谱是由于AU没有使用所产生的频谱空洞，一个频谱空洞一般具有空域、频域和时域多角度的属性，即在某一个地区内(SU的数量)、在某段频谱(某几个信道)上、在某段时间范围内均没有AU的出现。在该领域的研究中，频谱资源的“空间-时间-频域”特性并未受到足够的重视，大多数的研究主要考虑如何共享信道数量或者不同空闲的信道怎么共享给各个SU，增加系统的传输数据量。若不考虑空闲频谱在时间域上的变化特性、空间域上SU的数量及频域上AU空闲信道的场景，会存在共享的信道不能够满足SU的需求的问题，影响系统的可行性。一种随机过程理论被俄国数学家A.A.马尔科夫提出，相应的定义如下：假如X_n表示在时刻n的状态，随机变量X_i的集合构成状态空间，那么X_n+1对过去状态的条件概率分布只是X_n的表达式，即

P(X_n+1＝m|X₀,X₁,...,X_n)＝P(X_n+1＝m|X_n)

该理论属于可靠性研究领域的一种重要的模型，当随机过程在t₀时刻所处状态确定时，在t(t₀＜t)时刻的状态与在t₀时刻之前的状态无关。

设状态离散参数连续的齐次马尔可夫过程{X′(t),t≥0}的状态空间S＝{1,2,…,N}，其转移概率矩阵为P(t)，密度矩阵为Q，初始分布为P＝{p₁,p₂,…,p_N}。假定当系统处于状态1,2,…,K时，系统能正常工作；而当处于状态K+1,…,N时，系统故障不能正常运行，需要修复。

SUn的预期占用时间需求t_n大于该信道的空闲时间。

由于AU的回归具有随机特性，信道的实际空闲时长有可能大于该值，也有可能小于该值。为了能够达到数据传输需求并避免干扰，若在传输数据量和速率已知的情况下，频谱共享区能够合理共享给SU期望使用的时间长度和需要的信道数。

对于通信时间短的SU，对频谱空洞的时变性敏感程度较低，但是对于通信时间长的SU，对频谱空洞的时变性敏感程度较高。因此，考虑频谱空洞时变性，不仅要从频谱空洞角度去考虑，还要从SU使用的角度去考虑。