基于干扰协调的认知LTE系统频谱接入和资源分配技术研究

具有认知功能的LTE系统在接入授权频带工作时，会与频带内原有的授权系统产生干扰。为了保证授权系统的正常工作，同时优化LTE系统的性能，提高认知系统的频谱利用率，需要对LTE系统与授权系统之间的干扰进行协调和管理。项目的研究内容是：从干扰协调的角度研究认知LTE的动态频谱接入问题，建立授权系统与LTE系统的干扰分析模型，提出新的认知LTE接入频点和工作带宽的选择方案；研究认知LTE小区内部的资源分配技术，提出适用于认知LTE系统的用户子载波、功率分配算法，进一步抑制授权系统和LTE系统之间的干扰。研究成果从协调授权用户与非授权用户之间干扰的角度为认知LTE系统的频谱接入和资源分配提供理论依据，为进一步提高认知LTE系统的性能和频谱利用率提供新的思路。

根据3GPP标准，LTE系统需要较宽的频谱资源以实现宽带多媒体通信。将认知功能融入LTE系统可以在一定程度上缓解LTE系统的频谱紧缺问题，在更高层次上提高频谱资源的利用效率。由于认知环境中认知系统和授权系统在相同或相近频带进行工作，两类系统之间会相互干扰，影响两类系统的正常工作，因此，需要对认知LTE系统中可能产生的干扰进行协调和控制。本项目将认知无线电技术引入LTE系统，从干扰协调的角度研究认知LTE系统的资源分配和频谱接入技术，围绕着认知LTE系统干扰建模、动态资源分配、功率分配、频谱接入、干扰抑制算法等内容取得了一系列研究成果。共发表论文15篇，其中，SCI检索5篇，EI检索8篇，申请发明专利2项，获中国电子学会电子信息科学技术一等奖一项，获中国通信学会科学技术一等奖一项，培养硕士生4名，较好的完成了项目研究工作。.项目的研究成果主要包括：首先，项目针对LTE系统候选频带，对LTE系统采用认知技术时可能产生的干扰进行了建模和分析，对认知LTE系统与频带主系统之间干扰进行定量表示，给出了干扰分析模型，为系统间干扰的分析、计算和算法设计奠定基础。其次，对认知LTE系统动态资源分配和频谱接入技术进行研究，设计了适用于认知LTE系统的子载波分配和功率分配算法，算法可以有效地控制认知系统对主系统的干扰，同时保证LTE系统的性能。再次，项目从中断概率的角度对认知系统的干扰进行建模，给出了基于主用户中断概率的认知用户频谱接入方案，实现认知系统的接入优化，通过调节认知用户密度、主用户收发距离等因素，可动态调节主用户独享区域大小，在降低对主用户干扰的同时为认知用户提供更多频谱接入机会。同时提出了空域混合认知系统频谱共享模型，以最大化系统容量为准则建立了认知系统功率优化分配模型。最后，本课题在认知系统中引入多输入多输出（ Multiple Input Multiple Output, MIMO）技术，从空间域的角度抑制认知系统的干扰。在LTE标准中，MIMO技术是可选技术之一，课题主要从干扰协调的角度研究了认知MIMO系统的下行波束成形和功率控制技术、认知系统收发联合波束成形技术和认知系统预编码技术，设计了相关算法。通过项目研究成果，可以有效地控制授权系统与认知LTE系统之间的干扰，使LTE系统更好的利用认知技术提高频谱资源利用率，为缓解LTE系统的频谱紧缺问题提供了思路。