一种异构网络的协作感知方法技术

本发明专利技术公开了一种异构网络的协作感知方法，多模传输用户中的认知用户首先进行本地感知，当未感知到主用户存在时，广播协作感知消息给其他多模传输用户，即协作认知用户，每个协作认知用户分别对主用户进行本地感知，如果感知到主用户存在，则向融合中心上报感知结果，融合中心根据接收到的感知结果判定主用户是否存在，如果不存在向认知用户发送主用户不存在消息，如果存在则实时检测上报感知结果的每个协作认知用户到认知用户的信噪比，选择信噪比最大的作为最佳协作认知用户，向认知用户发送主用户存在消息。本发明专利技术方法将认知无线电技术和协作通信技术进行结合，可以有效减少感知过程的时间开销和能量开销，实现低成本的异构网络协作感知。

【技术实现步骤摘要】
一种异构网络的协作感知方法
本专利技术属于异构网络
，更为具体地讲，涉及一种异构网络的协作感知方法。
技术介绍
未来的通信网络，将会是多种网络共存的环境，即5G、WLAN、WiMax等将构成Multi-RAT(RadioAccessTechnology，无线接入技术)异构网络。Multi-RAT异构网络具有容量大、干扰小、频谱利用率高等优点，是通信网络发展的趋势。图1是异构网络的拓扑结构图。如图1所示，在Multi-RAT异构网络中，可以存在多种无线接入方式。Multi-RAT异构网络中，RAT层之间采用了正交频率资源，例如wifi使用2.4GHz频段，LTE采用正交的执照频段，因此很好地解决了干扰问题，并且用户可以同时接入到不同的RAT同时通信，给用户带来了新的通信自由，因而能获得复用增益，提升系统容量；最后，不同的RAT之间使用部分频率复用(FractionalFrequencyReuse,FFR)，能够提升系统频谱利用率。对Multi-RAT异构网络来说，引入认知无线电技术，系统可以自动感知地址位置信息和状态信息来选择合适的网络进行通信，将负载适当地分配到不同的RAT，优化中继节点的选择和接入频段，实现系统能效最大化。由于移动用户日益增加的带宽需求和终端设备对无线网络模块能源的渴望，目前关于异构网络的研究方向逐渐转移到消耗更少的能量来获得更多的频谱这个看似矛盾的问题。在文献“CelikA,KamalAE.Morespectrumforlessenergy:GreencooperativesensingschedulinginCRNs[C]//2015IEEEInternationalConferenceonCommunications(ICC).IEEE,2015:62-67.”中，作者将每单位频谱消耗的能源定义为机会成本，基于此，提出了一种协作感知调度框架，从能量消耗的角度来优化感知、汇报和通道转化的成本。认知无线电的实现过程，首先会让未授权的用户决定哪一部分频谱未被使用(频谱空洞)并检测授权用户是否存在(频谱感知)。这些未授权的用户要保持持续检测频谱，因此它们一直保持活跃。由于此枢轴作用，频谱感知被认为是认知无线电设备中最损耗时间和能量的部分。在频谱感知领域，此前的研究工作主要集中在频谱感知过程中的时间开销，随着绿色通信的研究趋势，频谱感知过程中的能量消耗变成了学术研究中最大的挑战之一。图2是基于频谱感知的异构网络系统架构图。如图2所示，基于频谱感知的异构网络系统由多模传输用户MUE、主发送用户PU(TX)、主接收用户PU(RX)等组成，多模传输用户将在协作感知过程发挥重要作用。假设图2中有M+1个多模传输用户，其中有一个用户是认知用户SU，另外M个多模传输用户MUEi为协作认知用户，i＝1,2,…,M，当认知用户未感知到主用户存在，即令M个协作认知用户MUEi进行协作认知。图3传统协作感知方法的时隙分配图。如图3所示，设置系统的感知时段长度为T，将其划分为M+1个子时段，每个子时段长度为t，则T＝(M+1)t。系统中的M+1个多模传输用户在第一个子时段完成本地感知，在接下来的M个时段，按照特定的规则，每个协作认知用户MUEi依次向融合中心(FusionCenter，FC)进行判决汇报，接着融合中心根据所有的本地判决，按照一定的准则，做出最终的主用户是否存在的判决结果，然后将判决结果发送给认知用户，而后由认知用户根据判决结果来选择频谱进行数据传输。根据T的表达式，显而易见，随着参与协作的用户的增加，感知时间会增加，一个时隙的长度是固定的，那么可以用来进行数据传输的时间就会减少。而且假设每个用户的平均感知能耗相同，参与协作的用户越多，感知能量也会越大，这不利于实现绿色通信。并且，目前本地判决结果多采用感知信道进行汇报判决，还会对主传输用户产生干扰，降低传输质量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种异构网络的协作感知方法，有效减少感知过程的时间开销和能量开销，实现低成本的异构网络协作感知。为实现上述专利技术目的，本专利技术异构网络的协作感知方法包括以下步骤：S1：将异构网络中需要进行主用户感知的多模传输用户作为认知用户SU，其余多模传输用户作为协作认知用户MUEi，i＝1,2,…,M，M表示异构网络中协作认知用户数量；认知用户SU对主用户进行本地感知，如果感知到主用户存在，认知用户SU广播主用户存在消息给其他协作认知用户MUEi，结束协作感知，如果未感知到主用户存在，广播协作感知消息给协作认知用户MUEi；S2：每个协作认知用户MUEi进行消息监听，如果监听得到主用户存在消息，不作任何操作，如果监听得到协作感知消息，进入步骤S3；S3：协作认知用户分别对主用户进行本地感知，如果感知到主用户存在，则向融合中心上报感知结果，否则不作任何操作；S4：融合中心将预设时间内接收到感知结果的协作认知用户集合记为A，判定主用户是否存在，如果不存在进入步骤S5，如果存在进入步骤S6；S5：融合中心向认知用户发送主用户不存在消息；S6：融合中心实时检测协作认知用户集合A中每个协作认知用户到认知用户SU的信噪比，选择信噪比最大的作为最佳协作认知用户，向其发送指令，由最佳协作用户发送主用户存在消息给认知用户。本专利技术异构网络的协作感知方法，多模传输用户中的认知用户首先进行本地感知，当未感知到主用户存在时，广播协作感知消息给其他多模传输用户，即协作认知用户，每个协作认知用户分别对主用户进行本地感知，如果感知到主用户存在，则向融合中心上报感知结果，融合中心根据接收到的感知结果判定主用户是否存在，如果不存在向认知用户发送主用户不存在消息，如果存在则实时检测上报感知结果的每个协作认知用户到认知用户的信噪比，选择信噪比最大的作为最佳协作认知用户，向认知用户发送主用户存在消息。本专利技术方法将认知无线电技术和协作通信技术进行结合，可以有效减少感知过程的时间开销和能量开销，实现低成本的异构网络协作感知。附图说明图1是异构网络的拓扑结构图；图2是基于频谱感知的异构网络系统架构图；图3传统频谱感知方法的时隙分配图；图4是本专利技术异构网络的协作感知方法的具体实施方式流程图；图5是本专利技术异构网络的协作感知方法的时隙分配图；图6是能量消耗与参数α的关系图；图7是能量消耗与参数η的关系图；图8是平均感知时间和整体虚警概率的关系图；图9是能量消耗与整体虚警概率的关系图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。实施例图4是本专利技术异构网络的协作感知方法的具体实施方式流程图。如图4所示，本专利技术异构网络的协作感知方法的具体步骤包括：S401：认知用户感知：将异构网络中需要进行主用户感知的多模传输用户作为认知用户SU，其余多模传输用户作为协作认知用户MUEi，i＝1,2,…,M，M表示异构网络中协作认知用户数量。认知用户SU对主用户进行本地感知，如果感知到主用户存在，认知用户SU广播主用户存在消息给其他协作认知用户MUEi，结束协作感知，如果未感知到主用户存在，广播本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种异构网络的协作感知方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将异构网络中需要进行主用户感知的多模传输用户作为认知用户SU，其余多模传输用户作为协作认知用户MUE

【技术特征摘要】
1.一种异构网络的协作感知方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将异构网络中需要进行主用户感知的多模传输用户作为认知用户SU，其余多模传输用户作为协作认知用户MUEi，i＝1,2,…,M，M表示异构网络中协作认知用户数量；认知用户SU对主用户进行本地感知，如果感知到主用户存在，认知用户SU广播主用户存在消息给其他协作认知用户MUEi，结束协作感知，如果未感知到主用户存在，广播协作感知消息给协作认知用户MUEi；S2：每个协作认知用户MUEi进行消息监听，如果监听得到主用户存在消息，不作任何操作，如果监听得到协作感知消息，进入步骤S3；S3：协作认知用户分别对主用户进行本地感知，如果感知到主用户存在，则向融合中心上报感知结果，否则不作任何操作；S4：融合中心将预设时间内接收到感知结果的协作认知用户集合...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘健，王基镔，谭鑫鑫，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11