專利名稱：一種多用戶認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的被動(dòng)協(xié)同頻譜感知方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種多用戶認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的被動(dòng)協(xié)同頻譜感知方法，屬于認(rèn)知無(wú)線電領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，通信性能與資源開(kāi)銷之間的矛盾越來(lái)越突出，頻譜資源的稀缺性以及靜態(tài)頻譜分配策略的低效性日趨明顯，認(rèn)知無(wú)線電作為提高頻譜利用率的新技術(shù)成為研究的熱點(diǎn)?！罢J(rèn)知無(wú)線電”最早是由Jewph Mitola博士于1999年提出來(lái)的，它以軟件無(wú)線電為擴(kuò)展平臺(tái)，是一種新的智能無(wú)線通信技術(shù)。它能夠感知周圍的無(wú)線環(huán)境，通過(guò)對(duì)環(huán)境的理 解、主動(dòng)學(xué)習(xí)來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)整傳輸參數(shù)等以適應(yīng)外部無(wú)線環(huán)境的變化。一般來(lái)說(shuō)，認(rèn)知無(wú)線電應(yīng)該具備這些功能第一，能夠?qū)o(wú)線傳輸場(chǎng)景進(jìn)行分析，有效估計(jì)干擾溫度和可靠地檢測(cè)出頻譜空穴。第二，信道狀態(tài)的估計(jì)及其容量的預(yù)測(cè)。第三，功率控制和動(dòng)態(tài)頻譜管理。認(rèn)知無(wú)線電中，認(rèn)知用戶作為第二用戶只能利用法定授權(quán)的第一用戶未使用的頻段，一旦發(fā)現(xiàn)第一用戶時(shí)，需要在規(guī)定的時(shí)間退出該頻段而切換到其他未使用的空白頻段，以避免對(duì)第一用戶造成干擾。因此，頻譜感知技術(shù)是認(rèn)知無(wú)線電實(shí)現(xiàn)的前提和關(guān)鍵。頻譜感知技術(shù)有兩種基本方案一種是主動(dòng)頻譜感知方案，即使SU沒(méi)有數(shù)據(jù)需要傳輸，也會(huì)執(zhí)行周期性檢測(cè)，從而獲得信道使用的統(tǒng)計(jì)特征，當(dāng)SU需要傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，基于統(tǒng)計(jì)信息可縮短可用信道的搜索時(shí)延。然而周期性檢測(cè)頻譜會(huì)消耗大量能量，尤其當(dāng)用戶不需要傳輸數(shù)據(jù)時(shí)也要經(jīng)常損耗能量，對(duì)用戶不公平。一種是被動(dòng)頻譜感知方案，SU只有在有數(shù)據(jù)需要傳輸時(shí)才依次檢測(cè)所有授權(quán)信道，直至發(fā)現(xiàn)一條空閑信道，而沒(méi)有獲得信道使用的統(tǒng)計(jì)特征。由于傳輸需求的突發(fā)性，在缺乏信道使用統(tǒng)計(jì)信息的情況下，SU無(wú)法選擇最佳信道進(jìn)行檢測(cè)，只能隨機(jī)選擇信道，增加了可用信道的搜索時(shí)延，不僅錯(cuò)失頻譜機(jī)會(huì)還可能導(dǎo)致與PU之間的沖突。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)目標(biāo)本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供一種多用戶認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的被動(dòng)協(xié)同頻譜感知方法。本方法通過(guò)將頻譜感知工作放到通信完成后進(jìn)行，為其他認(rèn)知節(jié)點(diǎn)做協(xié)同感知服務(wù)，在保證協(xié)同頻譜感知精度的前提下，縮短了認(rèn)知用戶由需要數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇梢赃M(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之間的時(shí)延，提高了檢測(cè)效率，尤其是在授權(quán)用戶切換信道頻率較高時(shí)，有效避免認(rèn)知用戶對(duì)授權(quán)用戶造成的干擾，同時(shí)只有需要通信的用戶才會(huì)進(jìn)行頻譜感知工作，大幅度且人性化地降低了認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的能耗。使用條件在本發(fā)明的一種多用戶認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的被動(dòng)協(xié)同頻譜感知方法中，當(dāng)處在以下情境中，認(rèn)知用戶和數(shù)據(jù)融合中心啟用該方法I)當(dāng)認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)大網(wǎng)絡(luò)，有大量的授權(quán)信道可供通信，并且授權(quán)用戶對(duì)信道的利用不充分，有一定數(shù)量的信道可供認(rèn)知用戶伺機(jī)使用且認(rèn)知用戶對(duì)信道進(jìn)行了充分利用時(shí)，認(rèn)知用戶和數(shù)據(jù)融合中心啟用該方法；2)在一個(gè)比較有規(guī)模的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中，授權(quán)用戶和認(rèn)知用戶都有比較頻繁的切換速率，則認(rèn)知用戶和數(shù)據(jù)融合中心啟用該方法。為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案在本發(fā)明的一種多用戶認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的被動(dòng)協(xié)同頻譜感知方法中，數(shù)據(jù)融合中心將隨時(shí)根據(jù)完成通信的認(rèn)知用戶的感知結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)融合及信道判決，及時(shí)更新全網(wǎng)信道信息，供有通信需求的認(rèn)知用戶使用。一種多用戶認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的被動(dòng)協(xié)同頻譜感知方法，包括如下工作過(guò)程1)FC(數(shù)據(jù)融合中心)通過(guò)初始化或者SU(認(rèn)知用戶)的感知信息及時(shí)更新信道 狀態(tài)，擁有準(zhǔn)確的、最新的信道占用信息；2)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)一個(gè)SU有數(shù)據(jù)需要傳輸，此SU向FC發(fā)送查詢網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)前信道狀態(tài)請(qǐng)求；3)FC接到查詢請(qǐng)求后將此時(shí)刻FC掌握的信道占用信息下發(fā)給SU ；4) SU根據(jù)FC下發(fā)的信道占用信息，選擇某一個(gè)未被占用信道進(jìn)行通信，同時(shí)將自身即將使用的信道信息反饋給FC ；5) SU開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在傳輸過(guò)程中始終保持對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)信道的監(jiān)聽(tīng)；6)當(dāng)SU數(shù)據(jù)傳輸完畢或者有PU加入網(wǎng)絡(luò)并要占用SU當(dāng)前使用信道時(shí)，SU立即跳出當(dāng)前信道；7)如果SU是數(shù)據(jù)傳輸完畢，則進(jìn)行一次全網(wǎng)的頻譜感知工作并將結(jié)束通信信息附帶感知內(nèi)容發(fā)送至FC，如果SU是因?yàn)镻U的出現(xiàn)而退出信道，則將被迫退出信道信息附帶退出時(shí)的監(jiān)聽(tīng)結(jié)果發(fā)送至FC。在上述的多用戶認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的被動(dòng)協(xié)同頻譜感知方法中，在所述步驟(I)中，因?yàn)镕C中信息落后而對(duì)造成影響時(shí)FC才調(diào)用SU單純做感知工作以便更新信道信息，對(duì)于I3U受到多少影響FC才會(huì)調(diào)用SU由PU的容忍程度決定。在上述多用戶認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的被動(dòng)協(xié)同頻譜感知方法中，在所述步驟(3)中的FC向SU下發(fā)信道狀態(tài)的信息為收到SU查詢信息時(shí)的信道狀態(tài)信息，即使在收到查詢請(qǐng)求和下發(fā)信道信息之間又收到其他SU反饋的信道信息，F(xiàn)C也不會(huì)對(duì)下發(fā)信息做任何改動(dòng)。在上述的多用戶認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的被動(dòng)協(xié)同頻譜感知方法中，在所述步驟(4)中，SU向FC反饋使用信道信息應(yīng)與SU使用信道通信同步或有個(gè)微小時(shí)延，并且反饋信息使用報(bào)告信道，而數(shù)據(jù)傳輸使用數(shù)據(jù)信道。在上述的多用戶認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的被動(dòng)協(xié)同頻譜感知方法中，所述步驟(4)中，如果SU根據(jù)FC下發(fā)的可用信道選擇某條信道通信，而因?yàn)檎`檢或信息更新不及時(shí)等原因?qū)е滦诺啦豢捎茫琒U也需立即向FC反饋更新信道信息并重新查詢。在上述的多用戶認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的被動(dòng)協(xié)同頻譜感知方法中，所述步驟(7)中，通信中斷、被迫退出信道的SU需要從步驟(2)重新執(zhí)行，但相比其他剛開(kāi)始通信請(qǐng)求的SU有優(yōu)先權(quán)。有益效果采用了該多用戶認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的被動(dòng)協(xié)同頻譜感知方法，在SU需要數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，既保證了協(xié)同頻譜感知的精確性，又縮短了頻譜感知時(shí)延，降低SU對(duì)PU可能造成的影響，提高頻譜檢測(cè)效率；有數(shù)據(jù)傳輸要求的SU才會(huì)進(jìn)行感知工作，不需要全網(wǎng)SU持續(xù)進(jìn)行頻譜檢測(cè)，有效降低了網(wǎng)絡(luò)平均能耗，并且通信次數(shù)多的SU多感知，通信次數(shù)少的SU少感知，符合公平原則。


圖I是本發(fā)明的多用戶認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的被動(dòng)協(xié)同頻譜感知方法的SU查詢可用信道示意圖，SU1、SU2、SU3通信完成后進(jìn)行感知為SUO數(shù)據(jù)傳輸前的信道查詢服務(wù)；圖2是本發(fā)明的多用戶認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的被動(dòng)協(xié)同頻譜感知方法的SU工作時(shí)序圖，F(xiàn)C通過(guò)異步方式接收SU的感知結(jié)果并進(jìn)行信道更新；圖3是本發(fā)明的多用戶認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的被動(dòng)協(xié)同頻譜感知方法的導(dǎo)致FC更新信道信息不及時(shí)的示意圖，此時(shí)需要FC調(diào)用部分SU進(jìn)行頻譜感知以便更新信道信息； 圖4是本發(fā)明的多用戶認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的被動(dòng)協(xié)同頻譜感知方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式為了更清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明。請(qǐng)參閱圖I及圖4所示，為本發(fā)明所提供的一種多用戶認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的被動(dòng)協(xié)同頻譜感知方法的一種協(xié)同工作和實(shí)施方式的流程圖。假設(shè)應(yīng)用實(shí)例一個(gè)認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)初始化已經(jīng)完成，網(wǎng)絡(luò)中PU以及SU已經(jīng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，F(xiàn)C擁有最新的信道使用信息。其具體實(shí)施方式
描述如下I)某個(gè)或者某幾個(gè)SU完成通信后進(jìn)行頻譜感知工作，并將頻譜感知結(jié)果發(fā)送至FC ；2)FC收到SU發(fā)送的頻譜感知結(jié)果后立即在后臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合工作，此工作不受任何外界因素影響，除非FC再次進(jìn)行初始化；3)FC利用其后臺(tái)數(shù)據(jù)融合結(jié)果更新信道使用情況的數(shù)據(jù)庫(kù)，供SU查詢；4)在某時(shí)刻T，有一個(gè)SU(為了作為區(qū)別，我們記為SU0，如圖I所示)需要利用認(rèn)知頻段進(jìn)行通信；5) SUO向FC發(fā)送查詢可用信道信息請(qǐng)求；6) FC在Tl時(shí)刻接收到SUO的查詢請(qǐng)求，將此時(shí)FC中信道使用情況數(shù)據(jù)庫(kù)中可用信道信息打包發(fā)送給SU0，無(wú)論此時(shí)FC后臺(tái)是否正在進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，其打包發(fā)送的信息為T(mén)l時(shí)刻數(shù)據(jù)庫(kù)中的靜態(tài)信息；7) SUO接收到FC下發(fā)的信道信息后，選擇可用信道CHl. 4(如圖I所示)進(jìn)行通信，并將信道占用情況反饋給FC，供FC更新信道信息的數(shù)據(jù)庫(kù)；8) SUO在通信過(guò)程中需要監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)變化直到通信結(jié)束，如果通信過(guò)程中有需要使用CHl. 4信道，則SUO需要立即進(jìn)行信道切換讓出CHl. 4信道；9)無(wú)論SUO進(jìn)行了信道切換還是完成通信，只要停止了對(duì)CHl. 4信道的占用，就需要在停止占用時(shí)刻進(jìn)行全網(wǎng)的頻譜感知，將網(wǎng)絡(luò)中的信道狀態(tài)信息上報(bào)給FC ；10) FC接收到SUO的上報(bào)信息后重復(fù)步驟⑵；11)當(dāng)FC中信道信息由于更新不及時(shí)而對(duì)造成影響，并超過(guò)PU容忍限度的時(shí)候，F(xiàn)C調(diào)用SU進(jìn)行頻譜感知并進(jìn)行信道更新和網(wǎng)絡(luò)初始化，然后重復(fù)步驟(I)。采用了該發(fā)明的一種多用戶認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的被動(dòng)協(xié)同頻譜感知方法，認(rèn)知用戶SU在使用認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)信道前不再需要進(jìn)行頻譜感知工作，而只需要通過(guò)向數(shù)據(jù)融合中心FC查詢，來(lái)確定使用未被主用戶PU占用的信道，SU從需要通信到能夠通信之間的時(shí)延得到了縮短。此外，該方法改變了數(shù)據(jù)融合中心的融合機(jī)制，異步融合機(jī)制去除了同步機(jī)制對(duì)頻譜感知結(jié)果的時(shí)間等待，保證了信道信息的實(shí)時(shí)性。在此說(shuō)明書(shū)中，本發(fā)明已參照其特定的實(shí)施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說(shuō)明書(shū)和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說(shuō)明性的而非限制性的?！?br> 權(quán)利要求
1.一種多用戶認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的被動(dòng)協(xié)同頻譜感知方法，所述的認(rèn)知無(wú)線電協(xié)同頻譜感知網(wǎng)絡(luò)包括主用戶PU即頻帶授權(quán)用戶、次用戶SU即認(rèn)知用戶和數(shù)據(jù)融合中心FC，所述協(xié)同頻譜感知方法包括以下步驟 DSU只能在ro不占用頻譜的時(shí)間段內(nèi)伺機(jī)接入頻譜進(jìn)行通信，當(dāng)某個(gè)SU需要進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，便向FC查詢可用信道信息； 2)在這個(gè)SU查詢可用信道信息之前的小段時(shí)間內(nèi)，會(huì)有其他若干SU完成通信和頻譜感知工作并向FC進(jìn)行了上報(bào)，F(xiàn)C根據(jù)這些信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合和信道判決； 3)SU根據(jù)FC中信道判決結(jié)果選擇合適信道進(jìn)行數(shù)據(jù)通信； 4)SU在通信過(guò)程中要監(jiān)聽(tīng)已分配信道的信道狀態(tài)，當(dāng)PU要使用該分配的信道時(shí)，SU要及時(shí)跳出已分配通信信道并向FC反饋，同時(shí)返回步驟I)； 5)SU通信結(jié)束后進(jìn)行頻譜感知工作并將感知結(jié)果提交給FC以供步驟2)使用，其中步驟4)中的被迫跳出可視為SU多階段通信中的一個(gè)階段通信結(jié)束，也要進(jìn)行頻譜感知工作，并將感知結(jié)果提交給FC以供步驟2)； 6)SU完成步驟5)后進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，如果有再次通信需求則只需從步驟I)重復(fù)上述步驟，其中上述再次通信需求包括上述被迫跳出通信過(guò)程后繼續(xù)要通信的情況； 上述協(xié)同頻譜感知方法進(jìn)一步包括如下步驟當(dāng)SU對(duì)頻譜利用很低時(shí)，導(dǎo)致FC中的信道信息更新不及時(shí)，F(xiàn)C要在網(wǎng)絡(luò)初始化或者信息更新不及時(shí)導(dǎo)致對(duì)造成很大干擾的時(shí)刻調(diào)動(dòng)一部分SU進(jìn)行頻譜感知來(lái)更新FC中的信道信息。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的一種多用戶認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的被動(dòng)協(xié)同頻譜感知方法，其特征在于，需要通信的SU完全置信協(xié)同SU的感知結(jié)果，在通信之前不需要經(jīng)歷漫長(zhǎng)的頻譜感知時(shí)間、數(shù)據(jù)融合時(shí)間和信道判決時(shí)間，直接向FC詢問(wèn)當(dāng)前可用信道信息并進(jìn)行通信，通信完成后進(jìn)行感知工作為其他SU服務(wù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多用戶認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的被動(dòng)協(xié)同頻譜感知方法。該方法在基于能量的頻譜檢測(cè)的基礎(chǔ)上，將通過(guò)“先感知后通信”的認(rèn)知通信方式變?yōu)椤跋韧ㄐ藕蟾兄?wù)補(bǔ)償”的方式，優(yōu)化了認(rèn)知無(wú)線電通信過(guò)程中的以下幾個(gè)問(wèn)題(1)去除了次用戶通信之前的頻譜感知時(shí)間，頻譜感知工作將在通信結(jié)束后進(jìn)行，縮短了“需要通信”到“能夠通信”之間的總時(shí)延，大大提高了頻譜檢測(cè)效率；(2)總時(shí)延的縮短能夠進(jìn)一步減少在感知時(shí)延內(nèi)出現(xiàn)的主用戶的數(shù)量，降低對(duì)主用戶的干擾；(3)只要求進(jìn)行通信的次用戶進(jìn)行頻譜感知，不需要全網(wǎng)次用戶都進(jìn)行感知，降低網(wǎng)絡(luò)能耗；(4)“誰(shuí)通信誰(shuí)感知”符合公平原則，避免了不通信卻需要感知用戶對(duì)認(rèn)知無(wú)線電的抵觸。
文檔編號(hào)H04B17/00GK102932801SQ201210491138
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月27日
發(fā)明者溫志剛, 鄒俊偉, 吳岳辛, 范春曉, 張曉瑩, 劉杰, 慕明君 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)