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。現(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、第二雙門限值，第一門限值小于第二門限值，以這兩個(gè)門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 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、第二干擾溫度門限值分別為、=A。-A及A2 = A。+A ; 其中A。為最優(yōu)干擾溫度門限值，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)的干擾溫度雙門限值，以這兩個(gè)門限值劃 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、第二雙門限值，第一門限值小于第二門限值，以這兩個(gè)門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、第二干擾溫度門限值分別為、=A。-A及A2 = A。+A ; 其中A。為最優(yōu)干擾溫度門限值，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、第二雙門限值λ1、λ2，以這兩個(gè)門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)