一種認(rèn)知無線電頻譜切換方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種認(rèn)知無線電頻譜切換方法，包括：S1：對(duì)主系統(tǒng)信道進(jìn)行建模；S2：根據(jù)S1中的模型計(jì)算信道下一時(shí)隙平均切換概率值；S3：設(shè)置主動(dòng)切換門限數(shù)值和預(yù)留信道門限數(shù)值；S4：利用S2中的平均切換概率分別與S3中的主動(dòng)切換門限和預(yù)留信道門限進(jìn)行比較，確定信道切換方案。本發(fā)明提供一種認(rèn)知無線電頻譜切換方法，改變了已有方案中靜態(tài)預(yù)留信道的方式，根據(jù)主用戶信道特性建立預(yù)測模型預(yù)測主用戶的到來，設(shè)置雙門限分別用來進(jìn)行主動(dòng)切換和動(dòng)態(tài)預(yù)留信道，從而在保證強(qiáng)制中斷率與靜態(tài)預(yù)留方案相比基本不變的前提下，有效降低了阻塞率，減少了主從碰撞次數(shù)，同時(shí)提高主從系統(tǒng)的性能，達(dá)到了頻譜切換性能的提升。
【專利說明】一種認(rèn)知無線電頻譜切換方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種認(rèn)知無線電頻譜切換方法，尤其涉及一種基于動(dòng)態(tài)信道預(yù)留的認(rèn)知無線電頻譜切換方法。

【背景技術(shù)】
[0002]認(rèn)知無線電技術(shù)是一種典型的動(dòng)態(tài)頻譜共享技術(shù)，是未來無線及移動(dòng)通信技術(shù)演進(jìn)和發(fā)展中最具前景的技術(shù)之一。認(rèn)知無線電這一概念由Joseph Mitola III博士首次提出，它通過與其周圍電磁環(huán)境的交互，動(dòng)態(tài)地改變自身的工作參數(shù)，對(duì)授權(quán)頻譜進(jìn)行二次利用。認(rèn)知無線電通過從系統(tǒng)對(duì)主系統(tǒng)的授權(quán)頻段進(jìn)行頻譜檢測，發(fā)現(xiàn)主系統(tǒng)的空閑頻譜資源，并在不干擾主系統(tǒng)通信的前提下，接入主系統(tǒng)授權(quán)頻譜進(jìn)行通信。當(dāng)主系統(tǒng)要使用當(dāng)前被從系統(tǒng)占用的信道時(shí)，從系統(tǒng)在當(dāng)前信道的通信必須馬上中斷，退出當(dāng)前信道。為了繼續(xù)通信，從系統(tǒng)需要切換到其他空閑信道上繼續(xù)通信。這個(gè)過程就是頻譜切換。
[0003]頻譜切換在保證主系統(tǒng)通信不受影響的前提下為從系統(tǒng)的通信質(zhì)量提供了一定程度的保障。除了主系統(tǒng)對(duì)頻譜資源的使用外，從系統(tǒng)當(dāng)前通信環(huán)境惡劣、地理位置的移動(dòng)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的切換、惡意用戶攻擊等也是從系統(tǒng)頻譜切換的觸發(fā)條件。但是認(rèn)知無線電技術(shù)是典型的動(dòng)態(tài)頻譜共享技術(shù)，因此主用戶的出現(xiàn)是認(rèn)知無線電頻譜切換有別于其他技術(shù)中信道切換的重要觸發(fā)原因，現(xiàn)有研究大部分集中于此。因此，以下提到的頻譜切換均以主用戶的出現(xiàn)為觸發(fā)原因。
[0004]頻譜切換存在兩大問題:主從碰撞和通信中斷。由于在時(shí)域上從用戶使用授權(quán)頻譜通常由頻譜感知和數(shù)據(jù)傳輸兩個(gè)過程交替構(gòu)成，這兩個(gè)過程不能同時(shí)進(jìn)行，因此當(dāng)從用戶利用授權(quán)頻譜傳輸數(shù)據(jù)時(shí)無法感知主用戶是否到來，如果在此期間有主用戶到來，那么在下一個(gè)頻譜感知時(shí)隙前的這段時(shí)間內(nèi)主從用戶各自的通信都會(huì)受到影響。這種因從用戶未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)主用戶并退讓而產(chǎn)生主從相互干擾的現(xiàn)象叫做主從碰撞。所謂通信中斷是指從用戶觸發(fā)頻譜切換后如果系統(tǒng)中沒有可供其使用的空閑頻譜資源那么從用戶退出信道后便被強(qiáng)制終止通信，因此通信中斷問題影響了從系統(tǒng)的性能。
[0005]對(duì)于主從碰撞問題，現(xiàn)有研究主要采取基于預(yù)測的方案實(shí)現(xiàn)從用戶主動(dòng)切換。與被動(dòng)切換相比，主動(dòng)切換減少了主從碰撞的次數(shù)，但是主動(dòng)切換是基于預(yù)測的，因此預(yù)測的準(zhǔn)確性會(huì)影響主動(dòng)切換的性能。
[0006]對(duì)于通信中斷問題，現(xiàn)有的方案主要是排隊(duì)等待和信道預(yù)留。排隊(duì)等待機(jī)制是當(dāng)從用戶觸發(fā)頻譜切換請(qǐng)求，并且系統(tǒng)中沒有空閑信道時(shí)，便將該從用戶的傳輸數(shù)據(jù)緩存到數(shù)據(jù)緩存器進(jìn)行排隊(duì)，等到系統(tǒng)中有可以使用的空閑資源時(shí)，再依次傳輸緩存器中的數(shù)據(jù)，這樣降低了強(qiáng)制中斷率。排隊(duì)等待機(jī)制主要支持?jǐn)?shù)據(jù)等非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，適用范圍有局限性。信道預(yù)留機(jī)制源于傳統(tǒng)蜂窩無線通信網(wǎng)絡(luò)中越區(qū)切換信道預(yù)留技術(shù)。在認(rèn)知無線電中的信道預(yù)留核心思想是預(yù)留一定的頻譜資源給從用戶頻譜切換專用，達(dá)到降低強(qiáng)制中斷率的目的，實(shí)質(zhì)是以一定阻塞率性能損失換取強(qiáng)制中斷率性能的提高。該策略適用范圍沒有限制，但是考慮到頻譜資源的有限性，該機(jī)制主要用于對(duì)時(shí)延要求較高的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007](一)要解決的技術(shù)問題
[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種認(rèn)知無線電頻譜切換方法，通過設(shè)置雙門限分別進(jìn)行主動(dòng)切換和信道預(yù)留，在保證從系統(tǒng)強(qiáng)制中斷率基本不變的前提下，有效降低阻塞率，降低主從碰撞概率，提高頻譜利用率。
[0009](二)技術(shù)方案
[0010]本發(fā)明提供一種認(rèn)知無線電頻譜切換方法，包括:
[0011]S1:對(duì)主系統(tǒng)信道進(jìn)行建模；
[0012]S2:根據(jù)SI中的模型計(jì)算信道下一時(shí)隙平均切換概率值；
[0013]S3:設(shè)置主動(dòng)切換門限數(shù)值和預(yù)留信道門限數(shù)值；
[0014]S4:利用S2中的平均切換概率分別與S3中的主動(dòng)切換門限和預(yù)留信道門限進(jìn)行比較，確定信道切換方案。
[0015]其中，在SI中，是基于0N/0FF模型對(duì)主系統(tǒng)信道進(jìn)行建模。
[0016]其中，S4包括:
[0017]S41:利用S2中的平均切換概率值與S3中的主動(dòng)切換門限數(shù)值進(jìn)行比較，若平均切換概率值大于所述主動(dòng)切換門限數(shù)值，則將使用該信道的從用戶主動(dòng)切換到其他空閑信道并結(jié)束當(dāng)前時(shí)隙切換，否則執(zhí)行S42 ；
[0018]S42:利用S2中的平均切換概率值與S3中的預(yù)留信道門限數(shù)值進(jìn)行比較，若平均切換概率值大于所述預(yù)留信道門限數(shù)值，則執(zhí)行S43，否則結(jié)束當(dāng)前時(shí)隙切換；
[0019]S43:標(biāo)記該信道,并返回S2,直至比較并標(biāo)記所有信道后計(jì)算信道標(biāo)記總數(shù)；
[0020]S44:根據(jù)S43所述的信道標(biāo)記總數(shù)計(jì)算預(yù)留信道數(shù)目并等待被動(dòng)切換；
[0021]S45:被動(dòng)切換觸發(fā)，并且當(dāng)前時(shí)隙主動(dòng)切換和預(yù)留信道結(jié)束。
[0022]其中，S45具體包括:
[0023]S451:被動(dòng)切換觸發(fā)；
[0024]S452:判斷業(yè)務(wù)類型是否為對(duì)時(shí)延敏感的業(yè)務(wù)，若是則執(zhí)行S453，否則將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到緩存器中；
[0025]S453:切換到預(yù)留信道，預(yù)留不足則強(qiáng)制中斷，若充足則執(zhí)行S454 ；
[0026]S454:判斷預(yù)留信道是否有剩余，若是則執(zhí)行S455，否則將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到緩存器中；
[0027]S455:依次將緩存器中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较鄳?yīng)的接收端。
[0028]其中，在S451中，對(duì)時(shí)延不敏感的業(yè)務(wù)暫時(shí)存儲(chǔ)到緩存器中，當(dāng)主系統(tǒng)中有空閑信道時(shí)，將存儲(chǔ)到緩存器中對(duì)時(shí)延不敏感的業(yè)務(wù)切換到空閑信道中。
[0029]其中，所述緩存器中有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，主系統(tǒng)不接入新的從用戶。
[0030](三)有益效果
[0031]本發(fā)明提供一種認(rèn)知無線電頻譜切換方法，改變了已有方案中靜態(tài)預(yù)留信道的方式，根據(jù)主用戶信道特性建立預(yù)測模型預(yù)測主用戶的到來，設(shè)置雙門限分別用來進(jìn)行主動(dòng)切換和動(dòng)態(tài)預(yù)留信道，從而在保證強(qiáng)制中斷率與靜態(tài)預(yù)留方案相比基本不變的前提下，有效降低了阻塞率，減少了主從碰撞次數(shù)，同時(shí)提高主從系統(tǒng)的性能，達(dá)到了頻譜切換性能的提升。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明認(rèn)知無線電頻譜切換方法步驟流程圖；
[0033]圖2是本發(fā)明0N/0FF模型示意圖；
[0034]圖3是本發(fā)明被動(dòng)切換步驟流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0036]如圖1所示，本發(fā)明提供一種認(rèn)知無線電頻譜切換方法，包括:S1:如圖2所示，基于0N/0FF模型，對(duì)主系統(tǒng)信道進(jìn)行建模；狀態(tài)ON表示主用戶占用信道，OFF表示該信道未被主用戶占用。X1^PYn分別表示第η個(gè)周期信道ON和OFF持續(xù)時(shí)間。X和Y均遵從一般分布，并且相互獨(dú)立。顯然，(Zi, i = 1,2,...}，組成了一個(gè)獨(dú)立同分布隨機(jī)變量序列，其中(Zi = XdYi, i = 1,2,...}表示一個(gè) ON 和 OFF 的周期。
[0037]其中i表示周期序列號(hào)。因此，構(gòu)成了一個(gè)更新過程。
[0038]由上述可得出，Zi的更新壽命分布為:
[0039]Q(t) =P{Zn<t} = P {Xn+Yn t} = Fx(t)*FY(t)m = 1，2，...，M (I)
[0040]其中，更新壽命分布函數(shù)用Q (t)表示，函數(shù)P {A}表示事件A發(fā)生的概率，F(xiàn)x (t)和Fy(t)分別表示X和Y的累積分布函數(shù)。Fx(t)和？^0是通過長期的頻譜檢測獲得的統(tǒng)計(jì)信息，并且Fx(t)和？^0相互獨(dú)立。表示卷積運(yùn)算。為了計(jì)算信道瞬時(shí)不可用度引入隨機(jī)過程{S(t)，t≥0}:
[0041]

【權(quán)利要求】
1.一種認(rèn)知無線電頻譜切換方法，其特征在于，包括: S1:對(duì)主系統(tǒng)信道進(jìn)行建模； 52:根據(jù)SI中的模型計(jì)算信道下一時(shí)隙平均切換概率值； 53:設(shè)置主動(dòng)切換門限數(shù)值和預(yù)留信道門限數(shù)值； 54:利用S2中的平均切換概率分別與S3中的主動(dòng)切換門限和預(yù)留信道門限進(jìn)行比較，確定信道切換方案。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在SI中，是基于ON/OFF模型對(duì)主系統(tǒng)信道進(jìn)行建模。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，S4包括: 541:利用S2中的平均切換概率值與S3中的主動(dòng)切換門限數(shù)值進(jìn)行比較，若平均切換概率值大于所述主動(dòng)切換門限數(shù)值，則將使用該信道的從用戶主動(dòng)切換到其他空閑信道并結(jié)束當(dāng)前時(shí)隙切換，否則執(zhí)行S42 ； 542:利用S2中的平均切換概率值與S3中的預(yù)留信道門限數(shù)值進(jìn)行比較，若平均切換概率值大于所述預(yù)留信道門限數(shù)值，則執(zhí)行S43，否則結(jié)束當(dāng)前時(shí)隙切換； 543:標(biāo)記該信道,并返回S2,直至比較并標(biāo)記所有信道后計(jì)算信道標(biāo)記總數(shù)； 544:根據(jù)S43所述的信道標(biāo)記總數(shù)計(jì)算預(yù)留信道數(shù)目并等待被動(dòng)切換； 545:被動(dòng)切換觸發(fā)，并且當(dāng)前時(shí)隙主動(dòng)切換和預(yù)留信道結(jié)束。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，S45具體包括: 5451:被動(dòng)切換觸發(fā)； 5452:判斷業(yè)務(wù)類型是否為對(duì)時(shí)延敏感的業(yè)務(wù)，若是則執(zhí)行S453，否則將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到緩存器中； 5453:切換到預(yù)留信道，預(yù)留不足則強(qiáng)制中斷，若充足則執(zhí)行S454 ； 5454:判斷預(yù)留信道是否有剩余，若是則執(zhí)行S455，否則將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到緩存器中； 5455:依次將緩存器中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较鄳?yīng)的接收端。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在S451中，對(duì)時(shí)延不敏感的業(yè)務(wù)暫時(shí)存儲(chǔ)到緩存器中，當(dāng)主系統(tǒng)中有空閑信道時(shí)，將存儲(chǔ)到緩存器中對(duì)時(shí)延不敏感的業(yè)務(wù)切換到空閑信道中。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述緩存器中有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，主系統(tǒng)不接入新的從用戶。
【文檔編號(hào)】H04W16/10GK104080090SQ201310108413
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月29日
【發(fā)明者】鄧素敏, 杜磊, 姬艷麗, 王衛(wèi)東, 張英海 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)