專利名稱：認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的多用戶協(xié)作信道選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的多用戶協(xié)作信道選擇方法。
背景技術(shù)：
由于現(xiàn)有的頻譜分配和管理策略存在著頻譜利用率不高、分配不夠靈活等問(wèn)題， 工業(yè)界和學(xué)術(shù)界研究使用認(rèn)知無(wú)線電來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的頻譜接入，以提高頻譜利用率。目前，采用認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的認(rèn)知用戶是通過(guò)對(duì)授權(quán)頻段的檢測(cè)以尋找空閑狀態(tài)信道實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻譜接入。由于空閑資源的出現(xiàn)具有隨機(jī)性，如果認(rèn)知用戶采用隨機(jī)的方式選擇授權(quán)頻段進(jìn)行檢測(cè)以尋找空閑信道，那么頻譜選擇的盲目性將導(dǎo)致認(rèn)知用戶的頻譜檢測(cè)效率的降低， 使得認(rèn)知用戶的傳輸質(zhì)量難以得到保障，尤其是對(duì)于有傳輸速率和時(shí)延要求的認(rèn)知用戶。 同時(shí)，頻繁的頻譜檢測(cè)和切換也會(huì)耗費(fèi)認(rèn)知用戶的有效傳輸時(shí)間，這將限制頻譜利用率的提尚?，F(xiàn)有的認(rèn)知用戶頻譜感知和接入是以對(duì)目標(biāo)信道的統(tǒng)計(jì)和學(xué)習(xí)而得到的目標(biāo)信道的特征信息為基礎(chǔ)。但是，當(dāng)認(rèn)知用戶處于多目標(biāo)信道共存的無(wú)線環(huán)境中，而且不同的目標(biāo)信道采用的傳輸技術(shù)可能不盡相同，認(rèn)知用戶為了保障其傳輸質(zhì)量，如固定傳輸速率要求，認(rèn)知用戶需要在有限的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到空閑的授權(quán)信道進(jìn)行傳輸。但是由于頻譜感知需要消耗一定時(shí)間，而且可能有的認(rèn)知用戶的頻譜檢測(cè)能力有限，為了保障認(rèn)知用戶的傳輸質(zhì)量，在對(duì)認(rèn)知用戶的頻譜感知和接入策略的設(shè)計(jì)中需要考慮到認(rèn)知用戶的實(shí)際感知能力和頻譜感知效率。但是目前在對(duì)認(rèn)知用戶的頻譜感知和接入的研究主要集中于對(duì)物理層傳輸參數(shù)的控制和優(yōu)化，如發(fā)射功率、干擾溫度等，而對(duì)認(rèn)知用戶如何選擇合適的目標(biāo)信道以提高頻譜檢測(cè)效率和保障傳輸質(zhì)量的研究較少?，F(xiàn)有的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的信道選擇方法都是通過(guò)認(rèn)知用戶對(duì)目標(biāo)信道的長(zhǎng)時(shí)間的檢測(cè)和狀態(tài)統(tǒng)計(jì)來(lái)完成對(duì)目標(biāo)信道的特性估計(jì)，并依據(jù)估計(jì)信息進(jìn)行信道的選擇。通常認(rèn)知用戶無(wú)法直接獲得目標(biāo)信道的特性信息，認(rèn)知用戶僅能通過(guò)自身對(duì)目標(biāo)信道的不斷感知和記錄才能獲得為接入決策提供判斷依據(jù)的信道統(tǒng)計(jì)信息。而認(rèn)知用戶對(duì)授權(quán)信道的檢測(cè)必將消耗一定的時(shí)間，尤其是當(dāng)目標(biāo)授權(quán)信道數(shù)量較多時(shí)，用于信道檢測(cè)時(shí)間與認(rèn)知用戶有效傳輸時(shí)間相比難以忽略。而且，認(rèn)知用戶在授權(quán)信道上的駐留時(shí)間有限，對(duì)授權(quán)信道狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)信息無(wú)法包含授權(quán)信道的所有狀態(tài)，因此得到的授權(quán)信道的統(tǒng)計(jì)特性并不一定能夠準(zhǔn)確地反映授權(quán)信道的真實(shí)狀況。那么這將對(duì)認(rèn)知用戶的信道選擇和接入產(chǎn)生負(fù)面影響，將直接影響到授權(quán)系統(tǒng)和認(rèn)知用戶的性能。由于認(rèn)知用戶的傳輸是基于目標(biāo)信道上的空閑時(shí)隙，那么目標(biāo)信道的空閑狀態(tài)的時(shí)間比例是保證認(rèn)知用戶傳輸質(zhì)量的重要因素，現(xiàn)有的研究針對(duì)認(rèn)知用戶的傳輸需求提出了不同的信道選擇的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)有傳輸速率要求的認(rèn)知用戶，那么可以從長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)的角度理解為在授權(quán)信道上每個(gè)時(shí)隙內(nèi)需要有一定比例的空閑狀態(tài)使得認(rèn)知用戶可以在授權(quán)信道上傳輸，即認(rèn)知用戶對(duì)于授權(quán)信道的業(yè)務(wù)的空閑狀態(tài)時(shí)間比例有一定的要求，而依據(jù)目標(biāo)信道的占空比進(jìn)行信道選擇是目前認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行信道選擇方法設(shè)計(jì)的重要準(zhǔn)則之一ο在現(xiàn)有的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，認(rèn)知用戶通常根據(jù)目標(biāo)信道的特性作為信道選擇的依據(jù)，如占空比、信噪比等。如果目標(biāo)信道的特征信息無(wú)法直接傳送給認(rèn)知用戶，那么認(rèn)知用戶僅能通過(guò)對(duì)目標(biāo)信道的不斷檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)才能獲得目標(biāo)信道的特征信息，并以此作為進(jìn)行信道和接入策略選擇的依據(jù)。長(zhǎng)時(shí)間的信道檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)必然消耗認(rèn)知用戶一定的時(shí)間， 尤其是當(dāng)目標(biāo)信道數(shù)量較多時(shí)，用于信道檢測(cè)的時(shí)間與認(rèn)知用戶有效傳輸時(shí)間相比難以忽略。而且，由于認(rèn)知用戶對(duì)目標(biāo)信道的檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)時(shí)間有限，難以獲得對(duì)目標(biāo)信道特性的準(zhǔn)確估計(jì)，這也將對(duì)認(rèn)知用戶的信道選擇和接入產(chǎn)生負(fù)面影響?，F(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷有1.現(xiàn)有的認(rèn)知用戶的頻譜感知和接入策略的選擇是基于認(rèn)知用戶對(duì)目標(biāo)信道的長(zhǎng)時(shí)間的檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果。同時(shí)，認(rèn)知用戶的頻譜檢測(cè)和切換將消耗掉認(rèn)知用戶的有效傳輸時(shí)間。通過(guò)認(rèn)知用戶自身完成對(duì)所有目標(biāo)信道的檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)以獲得目標(biāo)信道的特性信息是一種相對(duì)低效的信道特性估計(jì)方法，而且不利于頻譜效率的提高。2.認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中多用戶協(xié)作的應(yīng)用主要集中在對(duì)目標(biāo)信道的狀態(tài)檢測(cè)，而采用多用戶協(xié)作進(jìn)行信道選擇的研究尚為空白。3.現(xiàn)有的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中對(duì)目標(biāo)信道特性參數(shù)的統(tǒng)計(jì)值的處理方法效率低，估計(jì)精度不高，影響認(rèn)知用戶的接入效率和信道選擇的準(zhǔn)確度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的多用戶協(xié)作信道選擇方法，該方法使認(rèn)知用戶能夠根據(jù)目標(biāo)信道的特性快速地區(qū)分信道和接入，提高認(rèn)知用戶的吞吐量和頻譜利用率。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。一種認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的多用戶協(xié)作信道選擇方法，包括以下步驟步驟一，目標(biāo)認(rèn)知用戶進(jìn)入認(rèn)知系統(tǒng)，判斷認(rèn)知系統(tǒng)中是否有可信的目標(biāo)信道占空比信息，若有則根據(jù)可信的目標(biāo)信道占空比信息選擇接入信道；若沒(méi)有則執(zhí)行下一步；步驟二，認(rèn)知系統(tǒng)中的協(xié)作認(rèn)知用戶向目標(biāo)認(rèn)知用戶提供協(xié)作信息，所述協(xié)作信息包括目標(biāo)信道的占空比和對(duì)應(yīng)的不確定度；步驟三，目標(biāo)認(rèn)知用戶根據(jù)所述協(xié)作信息更新自己記錄的目標(biāo)信道的占空比和對(duì)應(yīng)的不確定度；目標(biāo)信道的占空比的更新過(guò)程為當(dāng)目標(biāo)認(rèn)知用戶接收到第i個(gè)協(xié)作認(rèn)知用戶的協(xié)作信息后，按照如下表達(dá)式進(jìn)行占空比向量的更新
權(quán)利要求
1.一種認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的多用戶協(xié)作信道選擇方法，其特征在于，所述信道選擇方法包括以下步驟步驟一，目標(biāo)認(rèn)知用戶進(jìn)入認(rèn)知系統(tǒng)，判斷認(rèn)知系統(tǒng)中是否有可信的目標(biāo)信道占空比信息，若有則根據(jù)可信的目標(biāo)信道占空比信息選擇接入信道；若沒(méi)有則執(zhí)行下一步；步驟二，認(rèn)知系統(tǒng)中的協(xié)作認(rèn)知用戶向目標(biāo)認(rèn)知用戶提供協(xié)作信息，所述協(xié)作信息包括目標(biāo)信道的占空比和對(duì)應(yīng)的不確定度；步驟三，目標(biāo)認(rèn)知用戶根據(jù)所述協(xié)作信息更新自己記錄的目標(biāo)信道的占空比和對(duì)應(yīng)的不確定度；步驟四，目標(biāo)認(rèn)知用戶將步驟三中更新后的不確定度與預(yù)設(shè)的不確定度門限進(jìn)行對(duì)比，若更新后的不確定度大于等于預(yù)設(shè)的不確定度門限，則根據(jù)更新后的目標(biāo)信道的占空比選擇接入信道；否則返回步驟二。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的多用戶協(xié)作信道選擇方法，其特征在于， 步驟三中，目標(biāo)信道的占空比的更新過(guò)程為當(dāng)目標(biāo)認(rèn)知用戶接收到第i個(gè)協(xié)作認(rèn)知用戶的協(xié)作信息后，按照如下表達(dá)式進(jìn)行占空比向量的更新
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的多用戶協(xié)作信道選擇方法，其特征在于， 步驟三中，目標(biāo)信道的占空比對(duì)應(yīng)的不確定度的更新過(guò)程為當(dāng)目標(biāo)認(rèn)知用戶接收到第i個(gè)協(xié)作認(rèn)知用戶的協(xié)作信息后，按照如下表達(dá)式進(jìn)行目標(biāo)信道的占空比對(duì)應(yīng)的不確定度的更新
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的多用戶協(xié)作信道選擇方法，其特征在于 第η個(gè)目標(biāo)信道的實(shí)際占空比θ η滿足以《為均值，以<。為方差的概率分布,其中 h為正態(tài)分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的多用戶協(xié)作信道選擇方法，其特征在于 目標(biāo)認(rèn)知用戶根據(jù)接收到的協(xié)作信息對(duì)第η個(gè)目標(biāo)信道的占空比；^的更新可以按照下式進(jìn)行其中，< 為更新后目標(biāo)認(rèn)知用戶記錄的目標(biāo)信道的占空比，< 為更新前目標(biāo)認(rèn)知用戶記錄的第η個(gè)目標(biāo)信道的占空比，<Q為更新前目標(biāo)認(rèn)知用戶記錄的第η個(gè)目標(biāo)信道的占空比對(duì)應(yīng)的不確定度對(duì)角矩陣σ ^中行列號(hào)相等的元素所在的對(duì)角線上的第η項(xiàng)元素；為第 i個(gè)協(xié)作認(rèn)知用戶記錄的第η個(gè)目標(biāo)信道的占空比對(duì)應(yīng)的不確定度對(duì)角矩陣σ i中行列號(hào)相等的元素所在的對(duì)角線上的第η項(xiàng)元素X為第i個(gè)協(xié)作認(rèn)知用戶記錄的第η個(gè)目標(biāo)信道的占空比；A為更新后第η個(gè)目標(biāo)信道對(duì)應(yīng)的協(xié)作信息更新概率因子，處于矩陣f的第η 行第η列，其更新過(guò)程如下式表示
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的多用戶協(xié)作信道選擇方法，其特征在于 所述h滿足指數(shù)分布，目標(biāo)認(rèn)知用戶根據(jù)接收到的協(xié)作信息對(duì)第η個(gè)目標(biāo)信道的占空比<的更新可以按照下式進(jìn)行
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的多用戶協(xié)作信道選擇方法，其特征在于 所述h滿足泊松分布，目標(biāo)認(rèn)知用戶根據(jù)接收到的協(xié)作信息對(duì)第η個(gè)目標(biāo)信道的占空比< 的更新可以按照下式進(jìn)行
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7任意一項(xiàng)所述的認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的多用戶協(xié)作信道選擇方法，其特征在于目標(biāo)認(rèn)知用戶根據(jù)接收到的協(xié)作信息對(duì)第η個(gè)目標(biāo)信道的占空比<對(duì)應(yīng)的不確定度的更新可以按照下式進(jìn)行
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的多用戶協(xié)作信道選擇方法，該方法包括步驟一，目標(biāo)認(rèn)知用戶進(jìn)入認(rèn)知系統(tǒng)，判斷認(rèn)知系統(tǒng)中是否有可信的目標(biāo)信道占空比信息；步驟二，認(rèn)知系統(tǒng)中的協(xié)作認(rèn)知用戶向目標(biāo)認(rèn)知用戶提供協(xié)作信息，協(xié)作信息包括目標(biāo)信道的占空比和對(duì)應(yīng)的不確定度；步驟三，目標(biāo)認(rèn)知用戶根據(jù)協(xié)作信息更新自己記錄的目標(biāo)信道的占空比和對(duì)應(yīng)的不確定度；步驟四，目標(biāo)認(rèn)知用戶將更新后的不確定度與預(yù)設(shè)的不確定度門限進(jìn)行對(duì)比，若更新后的不確定度大于等于預(yù)設(shè)的不確定度門限，則根據(jù)占空比選擇接入信道；否則返回步驟二。本發(fā)明在多用戶協(xié)作實(shí)現(xiàn)目標(biāo)信道信息共享的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)信道的特性估計(jì)和快速區(qū)分，縮短了信道選擇和接入時(shí)間。
文檔編號(hào)H04W16/14GK102468890SQ20101053721
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者徐景, 楊旸, 熊勇, 胡宏林, 袁廣翔, 錢驊 申請(qǐng)人:上海無(wú)線通信研究中心