基于信道质量的选择性认知接入方法技术

本发明专利技术提供一种基于信道质量的选择性认知接入方法，包括以下步骤：获取认知无线电系统的最佳门限当认知终端需要发送数据时，认知终端在频域上序贯地感知、探测各个信道，判断探测到的信道Ci的实时状态是否满足以下条件：信道Ci为空闲信道，并且，信道Ci的链路质量优于最佳门限如果满足，则认知终端接入所述信道Ci，并通过所述信道Ci序贯地传输数据，同时，所述认知终端监测信道Ci的实时状态，当监测到所述信道Ci的实时状态低于或等于最佳门限时，所述认知终端立即释放当前的所述信道Ci，然后进行新一轮的信道感知与探测。认知终端联合考虑信道可用性和瞬时链路质量进行信道接入和释放决策，能够大幅提高频谱使用效率。

【技术实现步骤摘要】
基于信道质量的选择性认知接入方法
本专利技术属于无线通信技术中的认知无线电领域，具体涉及一种基于信道质量的选择性认知接入方法。
技术介绍
频谱是无线信号赖以传输的媒介。长期以来，为了保证各种无线业务和网络能够在自由传播空间中互不干扰地共存，频谱分配方式为简单的静态分配方式，即由频谱管理部门将可用频谱资源划分成若干非重叠的固定频段，然后将划分后的固定频段分配给各种不同的服务与技术，通常将获得频率使用资格的用户称为授权用户或主用户。在无线通信发展初期，人们对无线业务的需求总量较小，因此，上述静态的频谱资源分配方式，因其具有简单的可操作性强的优点，所以取得了很好的效果。近二十年来，无线的接入方式越来越受到人们青睐。大量的无线通信需求使得无线通信技术蓬勃发展，无线业务和无线网络激增。在有限的频谱资源下，现有的静态频谱资源分配方式已经无法适应无线网络发展的需求：由于已有的无线业务几乎占据了整个可用频段，大量的新增业务与无线技术难以获得稳定频段进行应用推广。因此，有限的且静态分配的频谱资源已经成为制约无线通信发展的主瓶颈。近些年来，认知无线网络(CRN：CognitiveRadioNetworks)已被广泛认可为缓解频谱短缺问题的最有效技术手段。认知无线网络的一个主要目标就是通过引入机会频谱接入，最大限度地提高宝贵频谱资源的利用效率。通常，认知用户通过频谱感知确定当前信道是否被主用户使用，如果信道空闲，则机会用户机会地接入当前频段进行传输。为了保护主用户通信不被干扰，当主用户返回时，认知用户需要立即释放当前信道。在传统的认知接入概念中，认知用户仅依据信道的忙闲状态决定是否接入信道，并且，为了最大化信道利用率，认知用户一旦发现频谱空闲即接入进行传输，且直到主用户返回才释放信道。虽然这种贪婪的频谱使用方式，大大提高了频谱的使用率，但是，存在频谱使用效率低的问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种基于信道质量的选择性认知接入方法，联合考虑了信道的可用性和瞬时链路质量，其中，信道的可用性指信道占用或信道空闲状态，瞬时链路质量指信道可提供的传输速率。认知终端在感知到信道空闲之后，还将进一步的探测信道以获得瞬时链路质量，并根据瞬时链路质量决定是否接入该信道。认知终端可以通过机会地利用信道时-频分集来提高频谱使用效率，而且，由于可用信道的数目众多，比如，超过半数的用户通常拥有20个以上的可用TV信道，因此，该种分集增益非常可观。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供一种基于信道质量的选择性认知接入方法，包括以下步骤：S1，对于包含N个信道的认知无线电系统，其中，信道集合表示为{c1,c2,...,cN}；获取该认知无线电系统的最佳门限S2，当认知终端需要发送数据时，所述认知终端在频域上序贯地感知、探测各个信道，判断探测到的信道Ci的实时状态是否满足以下条件：信道Ci为空闲信道，并且，信道Ci的链路质量优于最佳门限如果满足，则执行S3；如果不满足，则继续感知并探测下一个信道；S3，所述认知终端接入所述信道Ci，并通过所述信道Ci序贯地传输数据，同时，所述认知终端监测信道Ci的实时状态，当监测到所述信道Ci的实时状态低于或等于最佳门限时，所述认知终端立即释放当前的所述信道Ci，然后进行新一轮的信道感知与探测。优选的，S1中，该认知无线电系统的最佳门限通过以下方法获取：S1-1，获取所述认知无线电系统的初始参数值；所述初始参数值包括：a)信道空闲持续时间的分布函数Fi(·)、信道占用持续时间的分布函数Fb(·)、信道空闲持续时间期望值α和信道占用持续时间期望值β；b)所述认知无线电系统中节点的最大多普勒频移fd；c)信道平均信噪比γ0；d)所述认知无线电系统支持的传输速率等级{0,1,...,K-1}以及各档速率对应的信噪比门限Γk；S1-2，信道状态离散化：根据所述认知无线电系统支持的传输速率等级，将信道描述为K状态的有限状态马尔科夫模型{s0,s1,...,sK}；其中，信道状态s0表示支持的速率处于0档，具体为“信道占用”或“信道空闲，但接收信噪比小于门限Γ1”；信道状态sk表示支持的速率处于k档，具体为“信道空闲，且接收信噪比Γk≤γ＜Γk+1”；γ为接收信噪比；S1-3，信道状态稳态分布向量：a)通过式1获取信道空闲概率的平稳分布θi和信道占用概率的平稳分布θb：b)通过式2获取信道链路质量平稳分布πk：其中，γ≥0；c)通过式3获取信道联合状态平稳分布pk：S1-4，信道状态转移矩阵：a)通过式4获取信道空闲转移概率：b)通过式5获取信道链路质量状态的转移概率qs,s'：qk,k＝1-qk,k+1-qk,k-1,k＝1,2,...,K-2q0,0＝1-q0,1qK-1,K-1＝1-qK-1,K-2式5其中，τdm为认知无线电系统设计的帧长，Λ(·)为水平穿越率函数：c)通过式6获取信道联合状态的一步转移概率μk,l：S1-5，根据信道分布信息，获取最佳门限a)对于每一个k∈{0,1,...,K-1}，按式7计算：其中τd，τdm和τsp分别为数据帧长、帧长和感知探测时间开销；为信道联合状态稳态分布向量；为信道状态对应的传输速率向量，其中，R(k)表示信道状态sk所支持的传输速率；矩阵Θk由信道转移概率组成：b)选择使Ξ(sk)值最大的状态作为选择性接入门限，即最佳门限k*：sk∈{s0,s1,...,sK-2}。优选的，S2中，当认知终端需要发送数据时，所述认知终端在频域上序贯地感知、探测各个信道具体包括以下步骤：S2-1，当认知终端需要发送数据时，所述认知终端首先在公共控制通道传送一个RTS数据包；接收终端通过回复CTS，使所述认知终端和所述接收终端共享信道感知序列，实现所述认知终端和所述接收终端的同步；S2-2，所述认知终端和所述接收终端基于所述信道感知序列同时切换到一个新的信道Cx，其中，信道Cx为信道集合中的一个元素；在所述信道Cx上进行频谱感知，耗费感知时间τs；如果感知到所述信道Cx为空闲信道，则所述认知终端发送测量数据包进行链路质量探测，探测时间为τp，如果当前链路质量优于所述最佳门限则接入所述信道Cx进行数据传输，否则切换信道；如果感知到所述信道Cx为占用信道时，所述认知终端在所述信道Cx等待τp之后，切换信道。本专利技术的有益效果如下：本专利技术提供的基于信道质量的选择性认知接入方法具有以下的优点：1、认知终端联合考虑信道可用性和瞬时链路质量进行信道接入和释放决策，能够大幅提高频谱使用效率；2、本专利技术提供的接入方法相比于传统的基于信道忙闲的贪婪机会接入方法，吞吐量增益高达60％；3、本专利技术接入决策所需的计算简单，利于在线的实时实现：认知终端只需要将观测到的信道状态和预设的门限进行比较，高于门限则接入信道，低于门限则切换信道。附图说明图1为本专利技术提供的方法与现有方法在不同感知开销下的吞吐量比较图；图2为本专利技术提供的方法与现有方法在不同空闲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于信道质量的选择性认知接入方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，对于包含N个信道的认知无线电系统，其中，信道集合表示为{c1，c2，...，cN}；获取该认知无线电系统的最佳门限S2，当认知终端需要发送数据时，所述认知终端在频域上序贯地感知、探测各个信道，判断探测到的信道Ci的实时状态是否满足以下条件：信道Ci为空闲信道，并且，信道Ci的链路质量优于最佳门限其中，信道Ci为信道集合中的一个元素；如果满足，则执行S3；如果不满足，则继续感知并探测下一个信道；S3，所述认知终端接入所述信道Ci，并通过所述信道Ci序贯地传输数据，同时，所述认知终端监测信道Ci的实时状态，当监测到所述信道Ci的实时状态低于或等于最佳门限时，所述认知终端立即释放当前的所述信道Ci，然后进行新一轮的信道感知与探测。FDA00002983767800011.jpg,FDA00002983767800012.jpg,FDA00002983767800013.jpg

【技术特征摘要】
1.一种基于信道质量的选择性认知接入方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，对于包含N个信道的认知无线电系统，其中，信道集合表示为{c1,c2,…,cN}；获取该认知无线电系统的最佳门限S2，当认知终端需要发送数据时，所述认知终端在频域上序贯地感知、探测各个信道，判断探测到的信道Ci的实时状态是否满足以下条件：信道Ci为空闲信道，并且，信道Ci的链路质量优于最佳门限其中，信道Ci为信道集合中的一个元素；如果满足，则执行S3；如果不满足，则继续感知并探测下一个信道；S3，所述认知终端接入所述信道Ci，并通过所述信道Ci序贯地传输数据，同时，所述认知终端监测信道Ci的实时状态，当监测到所述信道Ci的实时状态低于或等于最佳门限时，所述认知终端立即释放当前的所述信道Ci，然后进行新一轮的信道感知与探测；其中，S1中，该认知无线电系统的最佳门限通过以下方法获取：S1-1，获取所述认知无线电系统的初始参数值；所述初始参数值包括：a)信道空闲持续时间的分布函数Fi(·)、信道占用持续时间的分布函数Fb(·)、信道空闲持续时间期望值α和信道占用持续时间期望值β；b)所述认知无线电系统中节点的最大多普勒频移fd；c)信道平均信噪比γ0；d)所述认知无线电系统支持的传输速率等级{0,1,…,K-1}以及各档速率对应的信噪比门限Γk；S1-2，信道状态离散化：根据所述认知无线电系统支持的传输速率等级，将信道描述为K状态的有限状态马尔科夫模型{s0,s1,…,sK}；其中，信道状态s0表示支持的速率处于0档，具体为“信道占用”或“信道空闲，但接收信噪比小于门限Γ1”；信道状态sk表示支持的速率处于k档，具体为“信道空闲，且接收信噪比Γk≤γ<Γk+1”；γ为接收信噪比；S1-3，信道状态稳态分布向量：a)通过式1获取信道空闲概率的平稳分布θi和信道占用概率的平稳分布θb：b)通过式2获取信道链路质量平稳分布πk：其中，c)通过式3获取信道联合状态平稳分布pk：S1-4，信道状态转移矩阵：a)通过式4获取信道...

【专利技术属性】
技术研发人员：李柏文，刘怡静，杨磊，杨盘隆，刘云浩，
申请(专利权)人：北京凯华信业科贸有限责任公司，
类型：发明
国别省市：