專利名稱：認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種空閑信道搜索方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特別用于認(rèn)知無線電系統(tǒng)中空閑信道的搜索方法，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，可用于分配的頻譜資源越來越少，新的無線通信技術(shù)面臨沒有頻譜可用的局面，美國聯(lián)邦通信管理委員會(FCC)做了一份調(diào)查顯示70% 已分配的頻譜沒有得到充分利用，為了解決頻譜利用率低的問題誕生了認(rèn)知無線電技術(shù) (Cognitive Radio，CR)，通過機會式頻譜共享方式實現(xiàn)頻譜的共享。CR用戶對周圍無線頻譜占用情況的準(zhǔn)確、快速檢測是提高頻譜利用率同時保護授權(quán)用戶免受干擾的重要前提和核心環(huán)節(jié)，所以頻譜檢測是CR —項至關(guān)重要的技術(shù)。物理層檢測方法主要有以下幾種能量檢測法、匹配濾波器檢測法、特征檢測法等。但在實際應(yīng)用場景中，憑借單純的物理層檢測算法對于提高頻譜利用率以及保護授權(quán)用戶都有一定的局限性。所以有必要采用基于MAC層的CR檢測機制對檢測參數(shù)進行選取和優(yōu)化，快速發(fā)現(xiàn)頻譜空穴，提高CR用戶對頻譜的檢測性能和效率。根據(jù)CR用戶檢測時機的不同，頻譜檢測模式可分為按需檢測和周期性檢測。按需檢測是在CR用戶有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時才檢測信道，周期性檢測則是CR用戶按一定的周期檢測信道。由于CR用戶通過周期性檢測可獲得信道狀態(tài)的先驗信息，CR用戶可借助該信息指導(dǎo)檢測算法快速發(fā)現(xiàn)并定位空閑信道，從而使搜索到空閑信道的時延大大降低，使CR用戶自身業(yè)務(wù)的平均中斷概率最小化，故CR中多采用周期性頻譜檢測。周期性頻譜檢測中涉及兩個非常重要的參數(shù)檢測周期和檢測時間，近些年的研究中頻譜檢測都是基于周期感知幀結(jié)構(gòu)，在每一幀中包含一個檢測時間塊和一個數(shù)據(jù)發(fā)送時間塊，若CR用戶在檢測時間塊內(nèi)檢測到信道是空閑狀態(tài)，則利用數(shù)據(jù)發(fā)送塊發(fā)送數(shù)據(jù)。 檢測周期太小，CR用戶頻繁檢測信道，消耗不必要的能量；檢測周期太大，導(dǎo)致許多空閑頻譜都沒有被發(fā)現(xiàn)，同時授權(quán)用戶再次出現(xiàn)的概率變大，碰撞概率變大。檢測時間太小導(dǎo)致過高的虛警概率使檢測質(zhì)量下降；檢測時間太大雖可提高檢測質(zhì)量，但用于數(shù)據(jù)發(fā)送的時間太少，頻譜的利用率大大降低。在固定檢測時間且保證授權(quán)用戶得到充分保護基礎(chǔ)上，可以優(yōu)化檢測周期來最大化系統(tǒng)歸一化吞吐量。也可以從不同檢測階段出發(fā)優(yōu)化檢測時間在搜索空閑信道階段， 從最小化平均搜索時間來優(yōu)化；在周期性頻譜檢測階段，從最大化可獲得的平均吞吐量進行優(yōu)化。在授權(quán)用戶得到充分保護情況下，可以最優(yōu)化檢測時間使CR系統(tǒng)的有效吞吐量最大，并且應(yīng)用分布式頻譜檢測方法可以使性能進一步提升。但是很少討論當(dāng)授權(quán)用戶再次出現(xiàn)時，CR用戶如何搜索新的空閑信道使搜索到空閑信道的時延最小。有研究給出了最小化CR用戶搜索新空閑信道時延的方法按照檢測時刻信道空閑的概率降序排列后搜索信道。本發(fā)明在上述研究基礎(chǔ)上考慮了下述情況若在檢測時刻該信道的空閑概率很大，則CR用戶優(yōu)先檢測該信道，但是該信道的信道利用率很高(即授
3權(quán)用戶頻繁使用該信道)，CR用戶可能只使用該信道很短時間就必須重新搜索其他信道， 如此反而增加了搜索次數(shù)，影響通信質(zhì)量。所以必須考慮信道利用率因素，檢測時刻信道空閑概率大，并且信道利用率小的信道才是我們首選的空閑信道。本發(fā)明首先引入信道空閑概率和信道利用率兩個參數(shù)，使其構(gòu)成空閑信道選擇函數(shù)，然后提出了最小化搜索空閑信道時延算法
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于提供一種認(rèn)知無線電系統(tǒng)中空閑信道搜索優(yōu)化方法，使搜索到第一個空閑信道的時延大大降低且使次用戶自身業(yè)務(wù)的平均中斷概率最小化。該方法引入信道空閑概率和信道利用率兩個參數(shù)，使其構(gòu)成空閑信道選擇函數(shù)，基于該函數(shù)獲得使空閑信道搜索時延最小化的方法。技術(shù)方案本發(fā)明的目的在于提供一種認(rèn)知無線電系統(tǒng)中空閑信道搜索優(yōu)化方法，該方法首先引入信道空閑概率和信道利用率兩個參數(shù)，使其構(gòu)成空閑信道選擇函數(shù)，基于該函數(shù)實現(xiàn)最小化搜索空閑信道時延方法。該方法使搜索到第一個空閑信道的時延大大降低且使次用戶自身業(yè)務(wù)的平均中斷概率最小化。該方法包括以下步驟a.計算信道在檢測時刻、的信道空閑概率，假設(shè)次用戶在、時刻正使用信道m(xù)， 次用戶采用周期性頻譜檢測方式，在、時刻檢測到主用戶重新占用信道m(xù)，為了不與主用戶發(fā)生碰撞，次用戶立刻退出信道m(xù)，搜索其他空閑信道，令Δ =；b.令信道總數(shù)為N，計算信道i，i = l，2，...m-l，m+l，...，N，在Δ時間內(nèi)狀態(tài)變?yōu)榭臻e的概率，設(shè)在Δ時間內(nèi)信道狀態(tài)一直為空閑的概率為《⑷，一直為忙的概率為^⑷， 由忙變?yōu)榭臻e的概率為《⑷，則
權(quán)利要求
1. 一種認(rèn)知無線電系統(tǒng)中空閑信道的搜索方法，其特征在于該方法包括以下步驟a.計算信道在檢測時刻、的信道空閑概率，假設(shè)次用戶在、時刻正使用信道m(xù)，次用戶采用周期性頻譜檢測方式，在t2時刻檢測到主用戶重新占用信道m(xù)，為了不與主用戶發(fā)生碰撞，次用戶立刻退出信道m(xù)，搜索其他空閑信道，令Δ =；b.令信道總數(shù)為N，計算信道i，i= 1，2，...m-l，m+l，...，N，在Δ時間內(nèi)狀態(tài)變?yōu)榭臻e的概率，設(shè)在Δ時間內(nèi)信道狀態(tài)一直為空閑的概率為《⑷，一直為忙的概率為《(△)，由忙變?yōu)榭臻e的概率為《⑷，則
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種認(rèn)知無線電系統(tǒng)中最優(yōu)空閑信道搜索方法，具體步驟如下根據(jù)主用戶對信道占用的特性計算信道利用率以及該時刻信道空閑概率；綜合考慮信道利用率和信道空閑概率因素，構(gòu)建信道選擇函數(shù)，計算信道在該時刻的信道選擇函數(shù)值；將這些信道選擇函數(shù)值進行降序排列，按照降序排列后的信道順序檢測，直到檢測到第一個空閑信道時停止搜索；若未搜索到空閑信道，次用戶等待一段時間后檢測原先占用信道是否空閑，若空閑則使用該信道，若信道繁忙則進行下一輪搜索。使用該優(yōu)化算法可以大大降低搜索到第一個空閑信道的時延，從而使次用戶自身業(yè)務(wù)的平均中斷概率最小化。
文檔編號H04L25/02GK102413078SQ20111035152
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者葉軍, 朱洪波, 朱琦, 楊龍祥 申請人:南京郵電大學(xué)