认知无线电中基于无速率码的分布式分组接入方法技术

本发明专利技术公开了一种认知无线电中基于无速率码的分布式分组接入方法。本发明专利技术采用无速率分组编码进行从用户间的数据传输，在此基础上提出了适用于分布式多载波认知无线电系统的分组接入方法，包括以下步骤：１、待发送的数据分类缓存；２、采用随机的方式选择子载波，接入概率为效用函数值的经验加权；３、传输分组长度通过预测主用户的到达时间来选取；４、编码分组调度采用速率域注水的方法；５、构成完整的传输分组，完成分组接入。该方法采用了无速率分组编码可以有效对抗认知无线电系统中难以避免的分组丢失；从用户独立决策，可有效应用于分布式多载波认知无线电系统；充分考虑了用户间的竞争和约束关系，有效降低了冲突，提高了传输效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信领域，具体涉及一种。
技术介绍
认知无线电系统允许从用户在不影响主用户通信的前提下，灵活地寻找频谱机会进行通信，这种方式能够有效解决目前无线通信领域面临的频谱稀缺问题，得到了学术与工程应用领域的广泛关注。 传输中分组丢失难以避免是认知无线电系统的一个突出问题，一方面，主用户返回信道造成从用户传输中断，另一方面，若从用户的多接入采用竞争的方式，则从用户间的分组碰撞也不可避免。采用无速率码可以有效对抗传输中的分组丢失无速率码可由原始信息分组生成任意数量的编码分组，发送机源源不断地向接收机发送编码分组，传输中可能受到干扰发生丢失，但接收机只要收到足够数量的编码分组就可成功译码。因此，可以在传输环境复杂的认知无线电系统中使用无速率码进行通信，以有效对抗分组丢失。 以无速率码为基础，探索适用于分布式认知无线电系统的有效分组接入方法，包括多用户间的竞争接入以及用户自身的分组调度，这是本专利技术的主要动机。 多用户接入方法主要是指用户选择接入信道和接入时间的方法。目前对于分布式多载波认知无线电系统中的多接入方法的研究大都基于静态或准静态信道的假设前提，在这样的前提下采用博弈论或图论的方法进行分析，从用户间通过协商达到最终策略的统一。这类方法无法在主用户活动性较强的情形下实施，因为很有可能在从用户达成协议之前信道就已经发生变化，这样从用户间的协商就失去了意义。基于对上述问题的考虑，一种更为实用的方案应当是关注从用户如何根据自身观测到的信息作出实时的应对。事实上，单个从用户的传输历史参数能够隐式反映其它用户的行为，从用户可以根据自身观测统计得到的各参数，间接获取主用户以及其它从用户的接入策略信息，从而对当前应采取的接入策略独立作出判断。 分组调度方法中考虑了无速率码基于度数分布的特点。一个编码分组具有的度数d表示参与编码的信息分组的个数，输出的编码分组是由任意的d个信息分组经过编码而得。当度数的概率分布服从Robust Soliton等特定分布时，译码器就能以较少的编码恢复信息分组，反之需要接收更多的编码分组，极限情形是当度数为1的编码分组不存在时译码将失败。传输中的分组丢失会破坏度数分布，导致接收端的译码效率降低，因此可在发送端对各度数编码分组数量做适当的调整，以克服上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种。 包括以下步骤 (1)待发送的数据经过无速率编码后，按照编码分组的度数分类存放在缓冲队列中； (2)在感知获得的空闲子载波集合中随机选择子载波准备分组接入，分组接入概率根据分组接入子载波获得的效用来确定； (3)对应已被选中的子载波，通过预测主用户的到达时间来选择传输分组的长度； (4)采用速率域注水的方法进行编码分组调度，分组接入前具有相同度数的同一类编码分组若传输成功比例低，则编码分组将被予以优先接入； (5)按照编码分组调度结果取出相应编码分组加上控制信息后构成完整的传输分组，加载在选取的子载波上，经过调制，送入信道，完成分组接入。 所述的步骤(2)为从用户基于对自身传输过程的历史统计，获取能够反映主用户及其它从用户接入策略的参数，然后根据这些参数计算接入各子载波的效用函数值umn(t)，进而计算接入概率pmn(t)，具体步骤为 (a)在时刻t，从用户m从感知获得的空闲子载波集合中随机选择一个子载波n计算接入该子载波可获得的效用函数值，如下式 式中t＝1，...；m＝1，...，M；n＝1，...，N；(α1，α2，α3)为自定义权重，且有0＜αi＜1，i＝1，2，3；Cmn(t)为时刻t子载波n的容量；Pmn(t-1)为截至时刻(t-1)从用户m在子载波n上的捕获概率，其含义为分组传输成功时间占总传输时间的比例；dm(t)为时刻t从用户m的速率需求；Pm，collisionn(t-1)为截至时刻(t-1)各从用户在子载波n上的冲突概率；Nmn(t-1)为截至时刻(t-1)竞争接入子载波n的从用户数目；Pm，outn(t-1)为截至时刻(t-1)子载波n上的主用户中断概率；PTh，outn为允许的主用户最大中断概率； (b)根据已得到的效用函数值unm(t)，计算子载波接入概率，如下式 式中umn(t)为时刻t从用户m在子载波n上的效用函数值；umax为效用函数最大值，是一个经验常数；ρ为经验权重的折扣率，且有0＜ρ＜1；G(t)为时刻t的经验加权值，根据公式G(t)＝ρG(t-1)+1更新，表示随着决策次数的增加，从用户逐步提高接入概率； (c)从用户m按照概率pmn(t)选择子载波n，若子载波n被选中，从用户更新即时传输速率 重复步骤(a)，步骤(b)，步骤(c)，直到即时传输速率超过需求，即Rm≥dm(t)，或者没有子载波可供选择为止。 所述的步骤(3)为对应已被选中的子载波，通过预测主用户的到达时间来选取传输分组的长度，其中，传输分组是从用户数据传输的基本单位，由同步序列、编码分组的位置标识和编码分组三个部分构成，其中同步序列和编码分组的位置标识共同构成传输分组的控制信息部分，编码分组则承载着从用户待发送的数据信息；具体方法为 假设各子载波上的主用户活动情况相互独立，主用户到达服从泊松分布；基于对主用户的保护，从用户分组接入造成主用户传输中断的概率不能超过允许的主用户最大中断概率，如下式 式中，t＝1，...；m＝1，...，M；n＝1，...，N；Lmn(t)为时刻t从用户m在子载波n上的传输分组长度；Tarrival，mn(t)为时刻t从用户m预测的主用户到达时间；表示时刻t子载波n空闲；λmn为主用户到达率；PTh，outn为允许的主用户最大中断概率； 根据上式，可以得到传输分组长度Lmn*(t)为 所述的步骤(4)为采用速率域注水的方法进行编码分组调度，分组接入前具有相同度数的同一类编码分组若传输成功比例低，则编码分组将被予以优先接入；其中，编码分组是无速率编码器输出的基本单位，是一个长度为Lpacket的二进制数字组，由任意的d个信息分组经过编码得到，参与编码的信息分组的个数d就是所述的编码分组的度数；此方法以使得各度数编码分组的分布在接收端能够逼近该无速率码的理想分布为目标，如下式 Numd＝1(t)/μ1＝...＝Numd＝k(t)/μk＝...＝Numd＝K(t)/μK， 式中t＝1，...；下标d＝k表示编码分组度数为k，k＝1，...，K；Numd＝k(t)为截至时刻t度数为k的编码分组传输成功的总数；μk为理想分布中度数为k的编码分组所占的比例；具体步骤为 (d)从用户m根据ACK消息反馈的各度数编码分组的接收情况，更新截至当前时刻t各度数编码分组传输成功的总数，如下式 式中t＝1，...；m＝1，...，M；n＝1，...，N；Numd＝k(t)为截至时刻t度数为k的编码分组传输成功的总数；Numd＝k(t-1)为截至时刻(t-1)度数为k的编码分组传输成功的总数；Nd＝k，mn(t-1)为截至时刻(t-1)ACK消息反馈的子载波n上度数为k的编码分组传输成功的总数； (e)从已被选中的子载波中选择一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种认知无线电中基于无速率码的分布式分组接入方法，其特征在于包括以下步骤：（１）待发送的数据经过无速率编码后，按照编码分组的度数分类存放在缓冲队列中；（２）在感知获得的空闲子载波集合中随机选择子载波准备分组接入，分组接入概率根据分组接入子载波获得的效用来确定；（３）对应已被选中的子载波，通过预测主用户的到达时间来选择传输分组的长度；（４）采用速率域注水的方法进行编码分组调度，分组接入前具有相同度数的同一类编码分组若传输成功比例低，则编码分组将被予以优先接入；（５）按照编码分组调度结果取出相应编码分组加上控制信息后构成完整的传输分组，加载在选取的子载波上，经过调制，送入信道，完成分组接入。

【技术特征摘要】
1.一种认知无线电中基于无速率码的分布式分组接入方法，其特征在于包括以下步骤(1)待发送的数据经过无速率编码后，按照编码分组的度数分类存放在缓冲队列中；(2)在感知获得的空闲子载波集合中随机选择子载波准备分组接入，分组接入概率根据分组接入子载波获得的效用来确定；(3)对应已被选中的子载波，通过预测主用户的到达时间来选择传输分组的长度；(4)采用速率域注水的方法进行编码分组调度，分组接入前具有相同度数的同一类编码分组若传输成功比例低，则编码分组将被予以优先接入；(5)按照编码分组调度结果取出相应编码分组加上控制信息后构成完整的传输分组，加载在选取的子载波上，经过调制，送入信道，完成分组接入。2.根据权利要求1中所述的一种认知无线电中基于无速率码的分布式分组接入方法，其特征在于所述的步骤(2)为从用户基于对自身传输过程的历史统计，获取能够反映主用户及其它从用户接入策略的参数，然后根据这些参数计算接入各子载波的效用函数值umn(t)，进而计算接入概率pmn(t)，具体步骤为(a)在时刻t，从用户m从感知获得的空闲子载波集合中随机选择一个子载波n计算接入该子载波可获得的效用函数值，如下式式中t＝1，...；m＝1，...，M；n＝1，...，N；(α1，α2，α3)为自定义权重，且有0＜αi＜1，i＝1，2，3；Cmn(t)为时刻t子载波n的容量；Pmn(t-1)为截至时刻(t-1)从用户m在子载波n上的捕获概率，其含义为分组传输成功时间占总传输时间的比例；dm(t)为时刻t从用户m的速率需求；Pm，collisionn(t-1)为截至时刻(t-1)各从用户在子载波n上的冲突概率；Nmn(t-1)为截至时刻(t-1)竞争接入子载波n的从用户数目；Pm，outn(t-1)为截至时刻(t-1)子载波n上的主用户中断概率；PTh，outn为允许的主用户最大中断概率；(b)根据已得到的效用函数值unm(t)，计算子载波接入概率，如下式式中umn(t)为时刻t从用户m在子载波n上的效用函数值；umax为效用函数最大值，是一个经验常数；ρ为经验权重的折扣率，且有0＜ρ＜1；G(t)为时刻t的经验加权值，根据公式G(t)＝ρG(t-1)+1更新，表示随着决策次数的增加，从用户逐步提高接入概率；(c)从用户m按照概率pmn(t)选择子载波n，若子载波n被选中，从用户更新即时传输速率重复步骤(a)，步骤(b)，步骤(c)，直到即时传输速率超过需求，即Rm≥dm(t)，或者没有子载波可供选择为止。3.根据权利要求1中所述的一种认知无线电中基于无速率码的分布式分组接入方法，其特征在于所述的步骤(3)为对应已被选中的子载波，通过预测主用户的到达时间来选取传输分组的长度，其中，传输分组是从用户数据传输的基本单位，由同步序列、编码分组的位置标识和编码分组三个部分构成，其中同步序列和编码分组的位置标识共同构成传输分组的控制信息部分，编码分组则承载着从用户待发送的数据信息；具体方法为假设各子载波上的主用户活动情况相互独立，主用户到达服从泊松分布；基于对主用户的保护，从用户分组接入造成主用户传输中断的概率不能超过允许的主用户最大中断概率，如下式式中，t＝1，...；m＝1，...，M；n＝1，...，N；Lmn(t)为时从用户m在子载波n上的传输分组长度；Tarrival，mn(t)为时刻t从用户m预测的主用户到达时间；表示时刻t子载波n空闲；λmn为主用户到达率；PTh，outn为允许的主用户最大中断概率；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张朝阳，陈淑保，吴可镝，王培雅，陈少磊，唐颖，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]