认知无线电系统中次用户的阻塞-再接入概率计算方法技术方案

本发明专利技术提供一种认知无线电系统中次用户的阻塞

【技术实现步骤摘要】
认知无线电系统中次用户的阻塞
‑
再接入概率计算方法


[0001]本专利技术涉及一种认知无线电系统中次用户的阻塞
‑
再接入概率计算方法，属于认知无线电


技术介绍

[0002]随着无线网络用户数和业务量的快速增长，频谱稀缺问题日益显现，已经成为制约信息通信技术发展的瓶颈之一。静态频谱分配制度是造成频谱稀缺的重要原因。为了缓解频谱不足的危机，动态频谱接入技术应运而生。认知无线电网络(Cognitive Radio Network,CRN)简称为认知网络，是节点具有环境认知能力的无线通信网络，它以特有的机会频谱接入能力为解决频谱短缺问题带来了曙光。
[0003]认知无线电机会频谱接入系统基于感知
‑
传输时隙结构(即MAC帧结构)实现非授权用户(次用户/认知用户)对空闲频谱的机会使用。在每个感知周期中，次用户首先感知当前频谱占用状态，然后选择授权用户(主用户)暂未使用的空闲信道接入传输。这种“见缝插针”式传输方式不可避免地面临主用户接入后的次用户信道退让(切换)与挂起(阻塞)问题。
[0004]建立一种有效的分析机制，获得次用户的切换、阻塞、以及阻塞后再接入能力，成为提升次用户传输性能的关键。遗憾的是，目前该领域的研究并不多，特别是关于次用户切换阻塞后再接入传输的性能分析研究尚为空白，本专利技术正是为了填补这一空白而提出。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种认知无线电系统中次用户的阻塞
‑
再接入概率计算方法，以构建认知无线系统中次用户切换阻塞后再次接入系统通信的概率分析模型为目标，解决现有技术中存在的对难以准确获得认知用户切换阻塞后再接通概率的问题。
[0006]本专利技术的技术解决方案是：
[0007]一种认知无线电系统中次用户的阻塞
‑
再接入概率计算方法，包括以下步骤，
[0008]S1、对于具有多个平行信道的认知无线电系统，考虑认知用户采用周期性感知
‑
传输时隙结构机会地利用空闲频谱资源，设计系统模型和接入协议，分析认知无线电系统的状态和系统处于稳定状态的概率；
[0009]S2、分析当前感知周期及其前一感知周期认知无线电系统中存在的活跃主用户数目、活跃次用户数目和空闲信道数目，计算前一感知周期中因切换失败被阻塞的次用户数目，即为当前感知周期中需要再次接入的次用户数目；
[0010]S3、分析不同系统状态下当前感知周期中成功再接入的次用户数目，计算前一感知周期中被阻塞次用户的条件再接入概率；
[0011]S4、对条件再接入概率求统计平均，得到阻塞次用户的平均再接入概率，即为次用户的阻塞
‑
再接入概率。
[0012]进一步地，步骤S1中，设计系统模型和接入协议，具体为：认知无线电系统拥有N个
平行信道并承载多个主用户和次用户，主用户和次用户的到达过程均服从泊松分布；主用户采用集中接入控制，次用户采用周期性的感知
‑
传输时隙结构和分布式接入控制。
[0013]进一步地，步骤S1中，认知无线电系统的每个信道任一时刻仅允许一个用户接入使用；不同用户对信道的接入优先级为：主用户>当前时隙需要切换的次用户>上一时隙被阻塞本时隙需要再次接入的次用户>新到达的次用户。
[0014]进一步地，步骤S1中，分析认知无线电系统的状态和系统处于稳定状态的概率，具体为，
[0015]认知无线电系统状态A(t)由N个信道的联合状态表征，即
[0016]A(t)＝[X1(t),X2(t),...,X
N
(t)],t≥0,X
i
∈S
ꢀꢀ
(1)
[0017]其中，X
i
(t)表示信道i的状态，i∈C＝{1,2,...,N}，X
i
(t)∈S＝{0,1,2}；认知无线电系统状态空间
[0018]认知无线电系统处于稳定状态的概率计算为
[0019][0020]其中，表示信道i处于稳定状态s
i
的概率，s
i
表示信道i的稳定状态，s
i
∈S＝{0,1,2}，这里状态0表示信道空闲，状态1表示信道被主用户占用；状态2表示信道被次用户占用。
[0021]进一步地，信道i处于稳定状态s
i
的概率的计算具体为，根据主用户和次用户对信道的占用情况，每个信道具有三种状态：空闲，即状态0；主用户占用，即状态1；次用户占用，即状态2；用X
i
(t)表示信道i的瞬时状态，X
i
(t)∈S＝{0,1,，2i∈C＝{1,2,...,N}，则X
i
(t)＝s
i
的稳态分布概率通过求解三状态马尔科夫过程得到，为
[0022][0023]其中，λ
p,i
,μ
p,i
分别表示信道i上主用户的到达率和离开率；λ
s,i
,μ
s,i
分别表示信道i上次用户的到达率和离开率；
[0024]考虑各信道负载均衡，令λ
p,i
＝λ
p
,μ
p,i
＝μ
p
，λ
s,i
＝λ
s
,μ
s,i
＝μ
s
，即各信道上主用户到达率均和主用户离开率分别为λ
p
和μ
p
，次用户到达率和次用户离开率分别为λ
s
和μ
s
，则所有信道的稳态分布将一致，即信道i处于稳定状态s
i
的概率此时式(3)中所有上标i去掉。
[0025]进一步地，步骤S2中，分析当前感知周期及其前一感知周期认知无线电系统中存在的活跃主用户数目、次用户数目和空闲信道数目，计算前一感知周期中因切换失败被阻塞的次用户数目，具体为，
[0026]S21、假设当前感知周期中次用户感知到认知无线电系统状态为u＝[s1,s2,...,s
N
]，新到达的主用户数目为n，则当前感知周期系统中存在的活跃主用户数目N
p
、活跃次用
户数目N
s
和空闲信道数目N
i
分别计算为
[0027][0028]其中，1
[x]为指标函数，当x＝1时函数值为1，否则为0；
[0029]S22、假设前一感知周期中次用户感知到认知无线电系统状态为u
′
＝[s
′1,s
′2,...,s
′
N
]，新到达的主用户数目为n
′
；前一感知周期中，系统中存在的活跃主用户数目N
′
p
、活跃次用户数目N
′<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种认知无线电系统中次用户的阻塞
‑
再接入概率计算方法，其特征在于：包括以下步骤，S1、对于具有多个平行信道的认知无线电系统，考虑认知用户采用周期性感知
‑
传输时隙结构机会地利用空闲频谱资源，设计系统模型和接入协议，分析认知无线电系统的状态和系统处于稳定状态的概率；S2、分析当前感知周期及其前一感知周期认知无线电系统中存在的活跃主用户数目、活跃次用户数目和空闲信道数目，计算前一感知周期中因切换失败被阻塞的次用户数目，即为当前感知周期中需要再次接入的次用户数目；S3、分析不同系统状态下当前感知周期中成功再接入的次用户数目，计算前一感知周期中被阻塞次用户的条件再接入概率；S4、对条件再接入概率求统计平均，得到阻塞次用户的平均再接入概率，即为次用户的阻塞
‑
再接入概率。2.如权利要求1所述的认知无线电系统中次用户的阻塞
‑
再接入概率计算方法，其特征在于：步骤S1中，设计系统模型和接入协议，具体为：认知无线电系统拥有N个平行信道并承载多个主用户和次用户，主用户和次用户的到达过程均服从泊松分布；主用户采用集中接入控制，次用户采用周期性的感知
‑
传输时隙结构和分布式接入控制。3.如权利要求2所述的认知无线电系统中次用户的阻塞
‑
再接入概率计算方法，其特征在于：步骤S1中，认知无线电系统的每个信道任一时刻仅允许一个用户接入使用；不同用户对信道的接入优先级为：主用户&gt;当前时隙需要切换的次用户&gt;上一时隙被阻塞本时隙需要再次接入的次用户&gt;新到达的次用户。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的认知无线电系统中次用户的阻塞
‑
再接入概率计算方法，其特征在于：步骤S1中，分析认知无线电系统的状态和系统处于稳定状态的概率，具体为，认知无线电系统状态A(t)由N个信道的联合状态表征，即A(t)＝[X1(t),X2(t),...,X
N
(t)],t≥0,X
i
∈S
ꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，X
i
(t)表示信道i的状态，i∈C＝{1,2,...,N}，X
i
(t)∈S＝{0,1,2}；认知无线电系统状态空间认知无线电系统处于稳定状态的概率计算为其中，表示信道i处于稳定状态s
i
的概率，s
i
表示信道i的稳定状态，s
i
∈S＝{0,1,2}，这里状态0表示信道空闲，状态1表示信道被主用户占用；状态2表示信道被次用户占用。5.如权利要求4所述的认知无线电系统中次用户的阻塞
‑
再接入概率计算方法，其特征在于：信道i处于稳定状态s
i
的概率的计算具体为，根据主用户和次用户对信道的占用情况，每个信道具有三种状态：空闲，即状态0；主用户占用，即状态1；次用户占用，即状态2；用X
i
(t)表示信道i的瞬时状态，X
i
(t)∈S＝{0,1,2}，i∈C＝{1,2,...,N}，则X
i
(t)＝s
i
的稳态分布概率通过求解三状态马尔科夫过程得到，为
其中，λ
p,i
,μ
p,i
分别表示信道i上主用户的到达率和离开率；λ
s,i
,μ
s,i
分别表示信道i上次用户的到达率和离开率；考虑各信道负载均衡，令λ
p,i
＝λ
p
,μ
p,i
＝μ
p
，λ
s,i
＝λ
s
,μ
s,i
＝μ
s
，即各信道上主用户到达率均和主用户离开率分别为λ
p
和μ
p
，次用户到达率和次用户离开率分别为λ
s
和μ
s
，则所有信道的稳态分布将一致，即信道i处于稳定状态s
i
的概率此时式(3)中所有上标i去掉。6.如权利要求1
‑
3任一项所述的认知无线电系统中次用户的阻塞
‑
再接入概率计算方法，其特征在于：步骤S2中，分析当前感知周期及其前一感知周期认知无线电系统中存在的活跃主用户数目、活跃次用户数目和空闲信道数目，计算前一感知周期中因切换失败被阻塞的次用户数目，具体为，S21、假设当前感知周期中次用户感知到认知无线电系统状态为u＝[s1,s2,...,s
N
]，新到达的主用户数目为n，则当前感知周期系统中存在的活跃主用户数目N
p
、活跃次用户数目N
s
和空闲信道数目N
i
分别计算为其中，1
[x]
为指标函数，当x＝1时函数值为1，否则为0；S22、假设前一感知周期中次用户感知到认知无线电系统状态为u
′
＝[s
′1,s
′2,...,s
′
N
]，新到达的主用户数目为n
′
；前一感知周期中，系统中存在的活跃主用户数目N
′
p
、活跃次用户数目N
′
s
和空闲信道数目N
′
i
分别计算为S23、若前一感知周期中新到达主用户数目大于空闲信道数目，即n
′
＞N
′
i
且N
′
s
＞0，则部分活跃次用户将被迫退出自己占用的信道进入阻塞状态，因此前一感知周期中发生切换阻塞的次用户数目j
b
计算为其中，n
′
是前...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晶，马林，高宏旭，朱洪波，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：