專利名稱:基于馬爾科夫鏈和載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)的機(jī)會(huì)頻譜接入方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及認(rèn)知無(wú)線電機(jī)會(huì)頻譜接入技術(shù),尤其是一種基于馬爾科夫鏈和載波偵
聽(tīng)多路訪問(wèn)的機(jī)會(huì)頻譜接入方法,屬于無(wú)線通信及信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
機(jī)會(huì)頻譜接入(OSA,O卯ortunistic Spectrum Access)允許未授權(quán)用戶(又稱認(rèn) 知用戶)在空間域或時(shí)域上共享授權(quán)頻譜,只有當(dāng)授權(quán)用戶(又稱主用戶)沒(méi)有占用這些 頻譜時(shí)認(rèn)知用戶才能進(jìn)行接入。特別地,頻譜環(huán)境的動(dòng)態(tài)性使得機(jī)會(huì)頻譜接入方案的設(shè)計(jì) 面臨著幾個(gè)重要的問(wèn)題,即認(rèn)知用戶需要確定何時(shí)以什么樣地方式接入哪一個(gè)信道進(jìn)行發(fā) 送/接收數(shù)據(jù)而不影響主用戶的正常通信。從OSA-MAC(Medium Access Control)設(shè)計(jì)面 臨的技術(shù)挑戰(zhàn)出發(fā),現(xiàn)有的方案并不總能恰當(dāng)?shù)亟鉀Q充分利用頻譜問(wèn)題。同時(shí),為保護(hù)主用 戶的正常通信,這些算法在頻譜利用和主用戶性能保護(hù)的折衷方面都存在著不同程度的缺 陷,目前還沒(méi)有一種機(jī)會(huì)頻譜接入方法能夠完全滿足認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)的要求?,F(xiàn)有的基于 馬爾科分鏈的機(jī)會(huì)頻譜接入方案由于感知結(jié)果不確定性的存在,將會(huì)導(dǎo)致認(rèn)知用戶接入的 盲目性從而影響系統(tǒng)的性能,且計(jì)算量非常大。另一方面,隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展,頻譜 的稀缺問(wèn)題已成為迫切需要解決的問(wèn)題。機(jī)會(huì)頻譜接入技術(shù)作為提高頻譜利用率的一種有 效手段,在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)這一領(lǐng)域,已成為近年的研究熱點(diǎn)。在此情況下,研究創(chuàng)新的能充 分提高頻譜利用率的頻譜接入算法,具有極大的應(yīng)用價(jià)值。研究成果可用于人口稀疏的無(wú) 線傳輸網(wǎng)絡(luò)等場(chǎng)合。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種基于馬爾科夫鏈和載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)的機(jī)會(huì)頻譜接入方法,可以 有效地提高頻譜利用率,緩解無(wú)線應(yīng)用研究領(lǐng)域頻譜資源的稀缺問(wèn)題。通過(guò)設(shè)定干擾溫度 雙門(mén)限值得到更精確地感知結(jié)果,且認(rèn)知用戶根據(jù)不同的感知區(qū)域采取不同的接入方式, 與僅馬爾科夫鏈接入方法性比大大的減少了計(jì)算量,并充分考慮主用戶的優(yōu)先權(quán),更好的 實(shí)現(xiàn)頻譜接入。 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是一種基于馬爾科夫鏈和載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)的機(jī)會(huì)頻譜 接入方法,其特征在于將馬爾科夫鏈的接入預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)模型方法和載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)接入 協(xié)議相結(jié)合,根據(jù)不同的感知區(qū)域采取不同的接入方式,更好的實(shí)現(xiàn)頻譜接入,提高頻譜利 用率;在認(rèn)知用戶接入之前,認(rèn)知用戶通過(guò)頻譜感知方法進(jìn)行頻譜檢測(cè),并設(shè)定主用戶干擾 溫度的第一、第二雙門(mén)限值,第一門(mén)限值小于第二門(mén)限值,以這兩個(gè)門(mén)限值劃分主用戶存在 與否的判決區(qū)域,保證頻譜檢測(cè)的可靠性,在接入過(guò)程中,根據(jù)感知周期動(dòng)態(tài)調(diào)整第一、第 二干擾溫度門(mén)限值,以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的整體吞吐量最大化;當(dāng)主用戶的干擾溫度小于第一門(mén)限 值時(shí),確認(rèn)主用戶不存在,認(rèn)知用戶進(jìn)行直接接入;當(dāng)干擾溫度大于第二個(gè)門(mén)限值時(shí),確認(rèn) 主用戶的存在,采用載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)接入模式進(jìn)行退避接入;當(dāng)干擾溫度在第一、第二門(mén) 限值之間時(shí),認(rèn)知用戶無(wú)法準(zhǔn)確的判斷主用戶的存在,通過(guò)排隊(duì)方式建立以主用戶為優(yōu)先級(jí)的馬爾科夫鏈接入預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)模型,以馬爾科夫鏈模型描述機(jī)會(huì)頻譜接入的行為并進(jìn)行信 道預(yù)測(cè)接入。 在同一周期內(nèi),第一、第二干擾溫度門(mén)限值的確定和動(dòng)態(tài)調(diào)整的方法是 設(shè)定第一、第二干擾溫度門(mén)限值分別為、=A。-A及A2 = A。+A ; 其中A。為最優(yōu)干擾溫度門(mén)限值,A表示動(dòng)態(tài)間隔,并設(shè)A = l/2(Amax-、in),
Amax,入^分別為認(rèn)知用戶通過(guò)頻譜感知方法測(cè)得的主用戶的最大和最小干擾溫度值; 最優(yōu)干擾溫度門(mén)限值A(chǔ) 。通過(guò)最小化錯(cuò)誤概率Qe求取 ^=afg max(込) (1)
<formula>formula see original document page 4</formula> 式中,E為認(rèn)知用戶接收到的主用戶信號(hào),E,為干擾溫度為A時(shí)對(duì)應(yīng)的主用戶信 號(hào),H。和^為頻譜感知中根據(jù)二進(jìn)制假設(shè)檢驗(yàn)判決方法分別對(duì)應(yīng)的主用戶存在和主用戶不 存在情況,Prob( )表示概率函數(shù),u = TW為主用戶信號(hào)的時(shí)間和帶寬乘積,Y為認(rèn)知用 戶接收信號(hào)的信噪比,r ( )表示伽瑪函數(shù)。第一、第二干擾溫度門(mén)限值、和、根據(jù)周 期的頻譜檢測(cè)相應(yīng)的動(dòng)態(tài)進(jìn)行調(diào)整。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及顯著效果本發(fā)明通過(guò)采用馬爾科夫鏈接入預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)模型方法和 CSMA接入?yún)f(xié)議完善頻譜接入策略,通過(guò)設(shè)定動(dòng)態(tài)的干擾溫度雙門(mén)限值,以這兩個(gè)門(mén)限值劃 分主用戶的判決區(qū)域,根據(jù)感知信息,當(dāng)干擾溫度在兩個(gè)門(mén)限值之外時(shí),確認(rèn)主用戶存在與 否的情況下,采用直接接入或CSMA(Carrier Sense Multiple Access,載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)) 模式進(jìn)行退避接入。而當(dāng)干擾溫度介入兩個(gè)門(mén)限值之間時(shí),建立以主用戶為優(yōu)先級(jí)的馬爾 可夫鏈機(jī)會(huì)接入模型進(jìn)行信道預(yù)測(cè)接入。得到了更精確地感知結(jié)果,有效的提高了感知正 確性,提高了接入效率。 現(xiàn)有的馬爾科夫鏈接入預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)模型主要以認(rèn)知用戶為主,而忽略了主用戶的接 入與退出,而機(jī)會(huì)頻譜接入必須保證主用戶的正常通信,因此需確保主用戶具有比認(rèn)知用 戶使用頻譜更高的優(yōu)先權(quán),本發(fā)明充分考慮主用戶的優(yōu)先權(quán),建立了以主用戶為優(yōu)先級(jí)的 馬爾科夫鏈預(yù)測(cè)模型將更有效的描述機(jī)會(huì)頻譜接入,并考慮了主用戶的接入與退出對(duì)認(rèn)知 用戶造成的影響。本發(fā)明將馬爾科夫鏈接入預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)模型方法和CSMA接入?yún)f(xié)議相結(jié)合, 根據(jù)不同的感知區(qū)域采取不同的接入方式,與僅馬爾科夫鏈接入方法性比大大的減少了計(jì) 算量,由于充分考慮了主用戶的接入與退出對(duì)認(rèn)知用戶造成的影響,采用主用戶的優(yōu)先權(quán), 更好的實(shí)現(xiàn)了頻譜接入,提高了頻譜利用率,具有較強(qiáng)的實(shí)用性。而現(xiàn)有的機(jī)會(huì)頻譜接入方 案較少的考慮具有主用戶優(yōu)先級(jí)的接入策略,很難保證系統(tǒng)的魯棒性和保護(hù)原有系統(tǒng)的矛
圖1具有雙門(mén)限值的接入方法; 圖2是以主用戶為優(yōu)先級(jí)的馬爾可夫鏈機(jī)會(huì)接入模型(以兩個(gè)認(rèn)知用戶情況為例) 圖3是圖2中以主用戶為優(yōu)先級(jí)的馬爾可夫鏈機(jī)會(huì)接入模型的狀態(tài)表。
具體實(shí)施例方式
參照上述附圖,對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明 如圖1,圖中橫坐標(biāo)表示主用戶接收端的干擾溫度值u , A p A 2分別為第一、第二 干擾溫度的門(mén)限值,滿足、< 入2,當(dāng)測(cè)得的干擾溫度的值小于、時(shí),表示主用戶信號(hào)不 存在,認(rèn)知用戶可以進(jìn)行直接接入;而當(dāng)干擾溫度的值大于、時(shí),表示主用戶信號(hào)存在,采 用CSMA接入模式進(jìn)行退避接入。當(dāng)干擾溫度的值介于、,、之間時(shí),為不確定區(qū)域,認(rèn)知 用戶無(wú)法準(zhǔn)確的判斷主用戶的存在,通過(guò)排隊(duì)和無(wú)排隊(duì)兩種方式建立以主用戶為優(yōu)先級(jí)的 馬爾科夫鏈接入預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)模型,以馬爾科夫鏈模型描述機(jī)會(huì)頻譜接入的行為,提高接入效 率。圖中A表示動(dòng)態(tài)間隔,A = l/2(、ax_Amin), Amax, A^分別為認(rèn)知用戶測(cè)得的主用 戶的最大和最小干擾溫度值,A1=A。-A,A2=A。+A,通過(guò)最小化錯(cuò)誤概率Qe得到最優(yōu) 干擾溫度門(mén)限值入。。 圖2和圖3描述了以主用戶為優(yōu)先級(jí)的馬爾可夫鏈機(jī)會(huì)接入模型(以兩個(gè)認(rèn)知用 戶情況為例)以及狀態(tài)表。反映了當(dāng)主用戶返回到認(rèn)知用戶正在使用的頻譜時(shí),認(rèn)知用戶 在狀態(tài)SU_A, SU_B和2時(shí)都需要進(jìn)行退避,并將正在使用的頻譜歸還主用戶,充分體現(xiàn)了以 主用戶為優(yōu)先級(jí)的接入特性。
權(quán)利要求
一種基于馬爾科夫鏈和載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)的機(jī)會(huì)頻譜接入方法,其特征在于將馬爾科夫鏈的接入預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)模型方法和載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)接入?yún)f(xié)議相結(jié)合,根據(jù)不同的感知區(qū)域采取不同的接入方式,更好的實(shí)現(xiàn)頻譜接入,提高頻譜利用率;在認(rèn)知用戶接入之前,認(rèn)知用戶通過(guò)頻譜感知方法進(jìn)行頻譜檢測(cè),并設(shè)定主用戶干擾溫度的第一、第二雙門(mén)限值,第一門(mén)限值小于第二門(mén)限值,以這兩個(gè)門(mén)限值劃分主用戶存在與否的判決區(qū)域,保證頻譜檢測(cè)的可靠性,在接入過(guò)程中,根據(jù)感知周期動(dòng)態(tài)調(diào)整第一、第二干擾溫度門(mén)限值,以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的整體吞吐量最大化;當(dāng)主用戶的干擾溫度小于第一門(mén)限值時(shí),確認(rèn)主用戶不存在,認(rèn)知用戶進(jìn)行直接接入;當(dāng)干擾溫度大于第二個(gè)門(mén)限值時(shí),確認(rèn)主用戶的存在,采用載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)接入模式進(jìn)行退避接入;當(dāng)干擾溫度在第一、第二門(mén)限值之間時(shí),認(rèn)知用戶無(wú)法準(zhǔn)確的判斷主用戶的存在,通過(guò)排隊(duì)方式建立以主用戶為優(yōu)先級(jí)的馬爾科夫鏈接入預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)模型,以馬爾科夫鏈模型描述機(jī)會(huì)頻譜接入的行為并進(jìn)行信道預(yù)測(cè)接入。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于馬爾科夫鏈和載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)的機(jī)會(huì)頻譜接入方法, 其特征在于第一、第二干擾溫度門(mén)限值的確定和動(dòng)態(tài)調(diào)整的方法是設(shè)定第一、第二干擾溫度門(mén)限值分別為、=A。-A及A2 = A。+A ; 其中A。為最優(yōu)干擾溫度門(mén)限值,A表示動(dòng)態(tài)間隔,并設(shè)A = l/2(Amax-Amin),入_, 入min分別為認(rèn)知用戶通過(guò)頻譜感知方法測(cè)得的主用戶的最大和最小干擾溫度值; 最優(yōu)干擾溫度門(mén)限值A(chǔ) 。通過(guò)最小化錯(cuò)誤概率Qe求取 4 =arg max(込) (1)<formula>formula see original document page 2</formula>式中,E為認(rèn)知用戶接收到的主用戶信號(hào),EA為干擾溫度為A時(shí)對(duì)應(yīng)的主用戶信號(hào), H。和&為頻譜感知中根據(jù)二進(jìn)制假設(shè)檢驗(yàn)判決方法分別對(duì)應(yīng)的主用戶存在和主用戶不存 在情況,Prob( )表示概率函數(shù),u = TW為主用戶信號(hào)的時(shí)間和帶寬乘積,Y為認(rèn)知用戶 接收信號(hào)的信噪比,r ( )表示伽瑪函數(shù)。第一、第二干擾溫度門(mén)限值、和、根據(jù)周期 的頻譜檢測(cè)相應(yīng)的動(dòng)態(tài)進(jìn)行調(diào)整。
全文摘要
一種基于馬爾科夫鏈和載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)的機(jī)會(huì)頻譜接入方法,將馬爾科夫鏈的接入預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)模型方法和載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)接入?yún)f(xié)議相結(jié)合,根據(jù)不同的感知區(qū)域采取不同的接入方式,在認(rèn)知用戶接入之前,通過(guò)頻譜感知方法進(jìn)行頻譜檢測(cè),并設(shè)定主用戶干擾溫度的第一、第二雙門(mén)限值λ1、λ2,以這兩個(gè)門(mén)限值劃分主用戶存在與否的判決區(qū)域,當(dāng)干擾溫度值小于λ1時(shí),認(rèn)知用戶進(jìn)行直接接入;當(dāng)干擾溫度的值大于λ2時(shí),采用CSMA接入模式進(jìn)行退避接入,當(dāng)干擾溫度的值介于λ1,λ2之間時(shí),通過(guò)排隊(duì)和無(wú)排隊(duì)兩種方式建立以主用戶為優(yōu)先級(jí)的馬爾科夫鏈接入預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)模型,以馬爾科夫鏈模型描述機(jī)會(huì)頻譜接入。在接入過(guò)程中,動(dòng)態(tài)調(diào)整第一、第二干擾溫度門(mén)限值,以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的整體吞吐量最大化。
文檔編號(hào)H04W74/00GK101754234SQ20091026310
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者吳迎笑, 楊震 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)