專利名稱：Ieee 802.22網(wǎng)絡(luò)中選取預(yù)留子信道個(gè)數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種無線通信技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是IEEE 802. 22網(wǎng)絡(luò)中選取 預(yù)留子信道個(gè)數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
2004 年美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(Federal Communications Commission，F(xiàn)CC)指 出，由于分配給電視廣播的VHF/UHF頻帶空閑時(shí)間過多，所以在不影響授權(quán)用戶(Licensed User)業(yè)務(wù)的前提下，允許非授權(quán)用戶(Unlicensed User)通過認(rèn)知無線電(Cognitive Radio, CR)技術(shù)使用這一頻帶的空閑頻譜資源。同年11月，IEEE 802. 22工作組成立。 IEEE 802. 22標(biāo)準(zhǔn)旨在人口較少的鄉(xiāng)村地區(qū)部署無線區(qū)域網(wǎng)(Wireless RegionalArea Networks, WRAN)，以使用電視廣播頻帶的空閑頻譜，同時(shí)要保證對(duì)工作在電視廣播頻帶內(nèi) 的授權(quán)用戶不造成有害干擾。這一標(biāo)準(zhǔn)定義了工作在54MHz-862MHz VHF/UHF電視廣播頻 帶范圍內(nèi)的，固定式點(diǎn)到多點(diǎn)(Point to Multipoint, PMP)的WRAN的空中接口(包括PHY 層和MAC層)，這也是世界上第一個(gè)真正將認(rèn)知無線電技術(shù)投入實(shí)際應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)對(duì)IEEE 802. 22標(biāo)準(zhǔn)展開了深入而廣泛的研究工作，經(jīng)對(duì)現(xiàn) 有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，參考文獻(xiàn)"Spectrum Sensing Using Cyclostationary Properties and Application to IEEE 802. 22WRAN"(H. Chen,W. Gao,D. G Daut. IEEE GlobeCOM' 07,2007, 3133-3138)(把循環(huán)平穩(wěn)特征檢測應(yīng)用到IEEE 802. 22WRAN中)針對(duì)IEEE 802. 22協(xié)議的 特點(diǎn)提出了一種的循環(huán)平穩(wěn)特征檢測技術(shù)。該研究改進(jìn)了 IEEE 802. 22的PHY層頻譜感知 技術(shù)，該技術(shù)可以使IEEE 802. 22網(wǎng)絡(luò)在低信噪比的環(huán)境中也能具有很好地感知頻譜的使 用情況。但是該研究僅僅是對(duì)IEEE 802. 22協(xié)議PHY層的改進(jìn)，這種改進(jìn)雖然提高了網(wǎng)絡(luò) 的頻譜感知準(zhǔn)確度，但是同時(shí)帶來了很大的開銷，該研究并沒有對(duì)這種用開銷換取頻譜感 知性能提升是否值得進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)級(jí)的分析。而基于MAC的研究有“Intra-cellchannel allocation scheme in IEEE 802.22 networks" (S. Debroy, M. Chatter jee. IEEE CCNC' 10，2010，1-6) (IEEE 802. 22 網(wǎng)絡(luò)中小 區(qū)內(nèi)的信道分配策略)等，該文在單小區(qū)的環(huán)境下給出了 IEEE 802.22網(wǎng)絡(luò)中的一種信道 非配策略，基站和用戶端設(shè)備(Consumer Premise Equipment, CPE)在空閑信道上交換控 制信息。但是該研究的分析模型非常理想化，既沒有考慮頻譜感知機(jī)制，也沒有考慮信道預(yù) 留機(jī)制，因此從這樣的分析模型得出的結(jié)論只能說有一定的理論研究參考價(jià)值，并不能用 于實(shí)際的IEEE 802. 22網(wǎng)絡(luò)中。目前所有針對(duì)IEEE 802. 22的研究工作基本都是著眼于局部技術(shù)的改進(jìn)，或者是 在比較簡單的分析模型下提出某種策略以提升網(wǎng)絡(luò)性能，迄今為止還沒有研究人員在考慮 完整MAC層協(xié)議的情況下，提出IEEE 802.22網(wǎng)絡(luò)的無線資源管理的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種IEEE 802. 22網(wǎng)絡(luò)中選取預(yù)留子信道個(gè)數(shù)的方法，在單小區(qū)場景下，針對(duì)飽和情況下基于非競爭帶寬請(qǐng)求(Bandwidth Request,BR)機(jī)制的IEEE 802. 22網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行選取預(yù)留子信道。該方法同時(shí)考慮了頻譜感知 機(jī)制，在幀節(jié)點(diǎn)處詳細(xì)分析了服務(wù)完成用戶的離開和新用戶的到達(dá)，并準(zhǔn)確得到了馬爾科 夫鏈的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣。通過離散時(shí)間馬爾科夫鏈分析，本發(fā)明得到了吞吐量、強(qiáng)迫中斷 率和切換隊(duì)列的平均排隊(duì)時(shí)延三種最主要性能指標(biāo)的定量表達(dá)式，并根據(jù)應(yīng)用場景對(duì)各性 能指標(biāo)的具體要求來權(quán)衡各項(xiàng)性能指標(biāo)來選取合適的預(yù)留子信道個(gè)數(shù)。該發(fā)明具有技術(shù)復(fù) 雜度低，效率高，適用面廣等優(yōu)點(diǎn)，適用于認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的性能預(yù)測或者資源管理。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟第一步，獲取網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的系統(tǒng)參數(shù)，即基站個(gè)數(shù)、用戶端設(shè)備個(gè)數(shù)、子信道個(gè)數(shù)、預(yù) 留子信道數(shù)、切換隊(duì)列容量、TDD幀的持續(xù)時(shí)間、帶外感知的虛警概率、帶內(nèi)感知的虛警概 率、使用子信道的授權(quán)用戶和用戶端設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的速率，以及每幀結(jié)束時(shí)用戶端設(shè)備結(jié) 束使用子信道概率、授權(quán)用戶占用子信道的概率和結(jié)束使用子信道的概率。第二步，根據(jù)第一步得到的系統(tǒng)參數(shù)構(gòu)建系統(tǒng)狀態(tài)空間，并分別求得離開事件和 到達(dá)事件的轉(zhuǎn)移概率矩陣P1和p2，并綜合得到系統(tǒng)轉(zhuǎn)移概率矩陣P以及系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)。所述的系統(tǒng)狀態(tài)空間是指Ω = {(i，j，k) |0彡i彡C，0彡j彡C，i+j ( C， 0 < k < Q}，其中i是子信道上授權(quán)用戶的個(gè)數(shù)，j是子信道上CPE的個(gè)數(shù)，k是切換隊(duì)列中 CPE的個(gè)數(shù)。所述的離開事件是指在幀節(jié)點(diǎn)處，系統(tǒng)先經(jīng)歷服務(wù)完成用戶的離開的事件，根據(jù) 事件前后系統(tǒng)狀態(tài)的變化可直接得到離開事件的轉(zhuǎn)移概率矩陣P1,具體如下
權(quán)利要求
1.一種IEEE 802. 22網(wǎng)絡(luò)中選取預(yù)留子信道個(gè)數(shù)的方法，其特征在于，包括以下步驟 第一步，獲取網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的系統(tǒng)參數(shù)，即基站個(gè)數(shù)、用戶端設(shè)備個(gè)數(shù)、子信道個(gè)數(shù)、預(yù)留子信道數(shù)、切換隊(duì)列容量、TDD幀的持續(xù)時(shí)間、帶外感知的虛警概率、帶內(nèi)感知的虛警概率、使 用子信道的授權(quán)用戶和用戶端設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的速率，以及每幀結(jié)束時(shí)用戶端設(shè)備結(jié)束使用 子信道概率、授權(quán)用戶占用子信道的概率和結(jié)束使用子信道的概率；第二步，根據(jù)第一步得到的系統(tǒng)參數(shù)構(gòu)建系統(tǒng)狀態(tài)空間，并分別求得離開事件和到達(dá) 事件的轉(zhuǎn)移概率矩陣P1和P2，并綜合得到系統(tǒng)轉(zhuǎn)移概率矩陣P以及系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)；第三步，根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)得到網(wǎng)絡(luò)吞吐量、強(qiáng)迫中斷率和平均排隊(duì)時(shí)延相對(duì)于預(yù)留子信 道個(gè)數(shù)的函數(shù)并獲得預(yù)留子信道個(gè)數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IEEE802. 22網(wǎng)絡(luò)中選取預(yù)留子信道個(gè)數(shù)的方法，其特征是， 所述的系統(tǒng)狀態(tài)空間是指Ω = {仏」，10|0彡1彡(，0彡」彡(，1+」彡(，0彡1^彡0}，其 中i是子信道上授權(quán)用戶的個(gè)數(shù)，j是子信道上CPE的個(gè)數(shù)，k是切換隊(duì)列中CPE的個(gè)數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IEEE802. 22網(wǎng)絡(luò)中選取預(yù)留子信道個(gè)數(shù)的方法，其特征是， 所述的離開事件是指在幀節(jié)點(diǎn)處，系統(tǒng)先經(jīng)歷服務(wù)完成用戶的離開的事件，根據(jù)事件前后 系統(tǒng)狀態(tài)的變化可直接得到離開事件的轉(zhuǎn)移概率矩陣P1，具體如下
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IEEE802.22網(wǎng)絡(luò)中選取預(yù)留子信道個(gè)數(shù)的方法，其特征 是，所述的到達(dá)事件是指在幀節(jié)點(diǎn)處，系統(tǒng)在離開事件后，再次經(jīng)歷新用戶到達(dá)的事件； 通過將未被授權(quán)用戶占用的子信道對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移概率矩陣求和得到到達(dá)事件的轉(zhuǎn)移概率 矩陣
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IEEE802. 22網(wǎng)絡(luò)中選取預(yù)留子信道個(gè)數(shù)的方法，其特征是， 所述的系統(tǒng)轉(zhuǎn)移概率矩陣P為轉(zhuǎn)移概率矩陣P1和P2的矩陣相乘，即所述的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)H^k是指采用平衡方程求得的系統(tǒng)轉(zhuǎn)移概率矩陣的系數(shù)，具體為
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IEEE802. 22網(wǎng)絡(luò)中選取預(yù)留子信道個(gè)數(shù)的方法，其特征是， 所述的函數(shù)具體是指1)網(wǎng)絡(luò)吞吐量的函數(shù)P total = P in+Pwean,其中
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IEEE 802. 22網(wǎng)絡(luò)中選取預(yù)留子信道個(gè)數(shù)的方法，其特征是， 所述的預(yù)留子信道個(gè)數(shù)通過以下方式獲得根據(jù)所得到各項(xiàng)性能指標(biāo)相對(duì)預(yù)留子信道個(gè)數(shù) 的函數(shù)，以及所在應(yīng)用場景對(duì)各項(xiàng)性能指標(biāo)的具體要求，權(quán)衡各項(xiàng)性能指標(biāo)來選取合適的 預(yù)留子信道個(gè)數(shù)。
全文摘要
一種無線通信技術(shù)領(lǐng)域的IEEE 802.22網(wǎng)絡(luò)中選取預(yù)留子信道個(gè)數(shù)的方法，該方法同時(shí)考慮了頻譜感知機(jī)制，在幀節(jié)點(diǎn)處詳細(xì)分析了服務(wù)完成用戶的離開和新用戶的到達(dá)，并準(zhǔn)確得到了馬爾科夫鏈的狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣。通過離散時(shí)間馬爾科夫鏈分析，本發(fā)明得到了吞吐量、強(qiáng)迫中斷率和切換隊(duì)列的平均排隊(duì)時(shí)延三種最主要性能指標(biāo)的定量表達(dá)式，并根據(jù)應(yīng)用場景對(duì)各性能指標(biāo)的具體要求來權(quán)衡各項(xiàng)性能指標(biāo)來選取合適的預(yù)留子信道個(gè)數(shù)；具有技術(shù)復(fù)雜度低，效率高，適用面廣等優(yōu)點(diǎn)，適用于認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的性能預(yù)測或者資源管理。
文檔編號(hào)H04W28/26GK102123424SQ201110063728
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2011年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者何晨, 張?jiān)? 蔣鈴鴿 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)