專利名稱：一種認(rèn)知無線電場景中以用戶為中心的鏈路建立方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在認(rèn)知無線電場景中以用戶為中心的無線系統(tǒng)中鏈路建立的方 法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及認(rèn)知無線電技術(shù)(Cognitive Radio, CR, S. Haykin, “CognitiveRadio :Brain_Empowered Wireless Communications,，，IEEE JSAC, Feb. 2005, vol. 23，no2,pp.201—220)。
背景技術(shù)：
CR技術(shù)已經(jīng)成為一種提高頻譜使用效率的最有吸引力的技術(shù)之一。基于CR技術(shù) 提高無線系統(tǒng)性能的研究也取得了很多進(jìn)展。在傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)當(dāng)中，采用的都是以 賣方為中心的系統(tǒng)，即用戶服從服務(wù)提供商(賣方)，并總是使用賣方分配的頻譜，建立鏈 路進(jìn)行通信。以賣方為中心的系統(tǒng)效用性能(定義為頻譜效率、阻塞率)較低。針對這個(gè)問題，已經(jīng)有了一些初步的研究結(jié)果。部分研究者提出了一種以用戶為 中心的無線系統(tǒng)設(shè)置。在用戶中心的系統(tǒng)中，用戶無論在任何時(shí)間、任何位置都能自由地選 擇最佳賣方提供的服務(wù)。智能移動(dòng)臺(tái)通過一定規(guī)則來選擇最佳賣方。但是，該文章沒有提 供 CR 場景中初始鏈路的建立方法(Zekavat S A，Li X. "User-central wireless system ultimatedynamic channel allocation,，，in :proc. IEEE DySPAN 2005, November,2005, PP. 82-87)。而基于OFDM的信令交換機(jī)制建立鏈路時(shí)，在收發(fā)端頻譜檢測結(jié)果不一致的 時(shí)候，會(huì)對授權(quán)用戶(Incumbent Users)造成更加嚴(yán)重的干擾(T.Weiss，J. Hillenbrand, A.Krohn, F. K. Jondral, "Efficient Signaling of Spectral Resources in Spectrum Pooling Systems,"Proc. Of the 10th Symposium on Communications and Vehicular Technology SCVT 2003，Eindhoven，Netherlands，2003)。另外的研究者為信令控制信 道分配專用的邏輯信道，并將超寬帶(Ultra-Wide Band, UffB)技術(shù)作為一種信令傳輸機(jī) 制。為了解決CR場景中不斷變化的可用頻譜，有一些研究者提出了一種鏈路維護(hù)機(jī)制， 但是，他們并沒有對具體技術(shù)進(jìn)行闡述(D. ffillkomm, J. Gross, and A. ffolisz, "Reliable Link Maintenance in CognitiveRadio Systems,，，In Proc. Of the IEEE Symposium on New Frontiers in Dynamic SpectrumAccess Networks(DySPAN 2005), Baltimore (MD), November 2005)?，F(xiàn)有方法(基于boosting協(xié)議和OFDM的方法)假設(shè)接入點(diǎn)(Access Point,AP)已經(jīng)廣播了強(qiáng)制頻譜資源分配矢量給所有移動(dòng)臺(tái) (MobileStation, MS)。該方法只考慮有信道授權(quán)用戶接入和原來的授權(quán)用戶退出的情況。第一階段收集檢測結(jié)果階段。第一步各個(gè)移動(dòng)臺(tái)在做完信號(hào)檢測之后，將新檢測到的結(jié)果和上個(gè)檢測周期之 后廣播的分配矢量相比較。如果有新的授權(quán)用戶接入網(wǎng)絡(luò)中，那么檢測到新的授權(quán)用戶接 入的移動(dòng)臺(tái)在新接入用戶接入的子載波上以最大的發(fā)射功率發(fā)射復(fù)值符號(hào)，比如Ι+jl，在 其它子載波上不發(fā)射信號(hào)。第二步由于新接入的授權(quán)用戶的信號(hào)被檢測到其信號(hào)的移動(dòng)臺(tái)放大了，接入點(diǎn)設(shè)備很容易地檢測到新接入的授權(quán)用戶占用的頻譜。第三步在舊的已分配的自帶和空閑的子帶之間做一一映射，移動(dòng)臺(tái)在對應(yīng)已分 配子帶的空閑子帶上以最大發(fā)射功率發(fā)射信號(hào)，退出網(wǎng)絡(luò)的授權(quán)用戶對應(yīng)的子帶對應(yīng)的空 閑子帶上不發(fā)射信號(hào)。第四步接入點(diǎn)預(yù)先知道舊的已分配的子帶和空閑子帶之間的一一映射關(guān)系，所 以它能檢測出授權(quán)用戶的退出。第二階段廣播分配矢量。第一步接入點(diǎn)設(shè)備將分配矢量劃分為若干段，每一段用循環(huán)冗余校驗(yàn) (CyclicRedundancy Checksum, CRC)編碼后組合成包分開傳輸。每個(gè)包在空閑的OFDM子 載波上周期性的重復(fù)傳輸(至少重復(fù)3次)。第二步移動(dòng)臺(tái)在空閑的OFDM子載波上接收到接入點(diǎn)廣播的包，得到新的頻譜分配矢量。該方法的缺點(diǎn)1、基于OFDM的信令傳輸機(jī)制，在收發(fā)端頻譜檢測結(jié)果不一致，特別是在有使用大 量子帶的新授權(quán)用戶接入時(shí)，會(huì)對授權(quán)用戶造成不必要的干擾。2、只考慮了接入點(diǎn)和移動(dòng)臺(tái)之間鏈路維護(hù)機(jī)制，沒有考慮移動(dòng)臺(tái)初始接入時(shí)的機(jī) 制。3、基于賣方中心的系統(tǒng)，頻譜沒有得到充分的利用，阻塞率稍高。

發(fā)明內(nèi)容
在傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)中，都是以賣方為中心，導(dǎo)致頻譜利用率不充分，且由于鏈 路收發(fā)兩端所處電磁環(huán)境的差異，導(dǎo)致收發(fā)端的可用無線頻譜并不完全一致，從而造成頻 譜利用率不高，用戶間相互干擾和鏈路質(zhì)量下降的問題。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提 出了一種認(rèn)知無線電場景中以用戶為中心的鏈路建立方法。本發(fā)明技術(shù)方案為一種認(rèn)知無線電場景中以用戶為中心的鏈路建立方法，前提條件是假設(shè)CR網(wǎng)絡(luò) 中，存在若干BS (基站，Base Station)以及若干MS (移動(dòng)臺(tái)，Mobile Station)，BS和MS的 頻譜檢測結(jié)果能真實(shí)、可靠地反映BS和MS端的可用頻譜分布情況。每一個(gè)BS都有特定的 賣方提供，賣方形成了由一個(gè)賣方間移動(dòng)注冊中心(MRC)控制的賣方區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。MS不需要 預(yù)定任何賣方，只要注冊到MRC就成為無線網(wǎng)絡(luò)的合法用戶。其過程，包括如下步驟步驟一頻譜環(huán)境感知在用戶中心的無線系統(tǒng)中，當(dāng)MS開機(jī)后，搜索賣方發(fā)射的導(dǎo)頻信號(hào)來鑒別賣方的 BS，利用解調(diào)得到的數(shù)據(jù)評估初始鏈路質(zhì)量。如果鏈路質(zhì)量大于或等于門限值Tl，那么認(rèn)為 鏈路可用并且MS發(fā)送請求使賣方通知其基站。BS向請求的MS發(fā)送自身信息。MS接收到 賣方BS的響應(yīng)以后，為其建立損耗函數(shù)。然后，MS繼續(xù)感知環(huán)境，并接收可用信道，產(chǎn)生關(guān) 聯(lián)的損耗函數(shù)。步驟二 最佳賣方鎖定在完成步驟一的頻譜環(huán)境感知，建立了相關(guān)的模型池后。MS基于最佳的損耗函數(shù) 來選擇最佳賣方。然后，用戶鎖定最佳賣方，最佳賣方向MRC發(fā)送鎖定信息。MS和鎖定的BS建立初始鏈路。步驟三穩(wěn)定收發(fā)頻譜罩在鎖定最佳賣方以后，MS和BS之間建立了一條可用的鏈路，但是MS和BS之間的收發(fā)頻譜罩仍然有差異。MS和BS之間通過頻譜檢測結(jié)果交換來減小其收發(fā)頻譜罩之間的差異。在整個(gè)鏈路使用過程中，以周期TO重復(fù)步驟一、步驟二和步驟三以對鏈路進(jìn)行維 護(hù)。本發(fā)明的有益效果1、降低了呼叫阻塞率。與賣方中心系統(tǒng)不同，在用戶中心系統(tǒng)中，用戶的呼叫阻塞 率明顯降低，因?yàn)橛脩艨梢宰杂蛇x擇有可用信道的賣方，這樣只有所有賣方都超負(fù)載時(shí)才 會(huì)發(fā)生呼叫阻塞。2、頻譜效率提高。與賣方中心系統(tǒng)相比，用戶中心系統(tǒng)有更高的頻譜效率，因?yàn)槠?呼叫阻塞率更低；這樣可以接入更多的呼叫，從而提高頻譜利用率。3、提出了完整的以用戶為中心的穩(wěn)定鏈路建立和維護(hù)方法，不需要專用的控制信道。


圖1是用戶中心無線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2是移動(dòng)臺(tái)感知過程；圖3是MS建立鏈路過程流程圖；圖4是穩(wěn)定頻譜罩流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。步驟一頻譜環(huán)境感知在用戶中心的無線系統(tǒng)中，當(dāng)MS開機(jī)后，搜索賣方發(fā)射的導(dǎo)頻信號(hào)來鑒別賣方的 BS，利用解調(diào)得到的數(shù)據(jù)評估初始鏈路質(zhì)量。如果鏈路質(zhì)量大于或等于門限值Tl (門限值 Tl可以為信噪比，可以為信號(hào)功率，其取值范圍取決于具體的應(yīng)用場景，包括通信信道條 件、所采用的發(fā)射方案和業(yè)務(wù)類型等)，那么認(rèn)為鏈路可用并且MS發(fā)送請求使賣方通知其 基站。BS向請求的MS發(fā)送自身信息。MS接收到每個(gè)賣方BS的響應(yīng)以后，為其建立損耗函 數(shù)。然后，MS繼續(xù)感知環(huán)境，并接收可用信道，產(chǎn)生關(guān)聯(lián)的損耗函數(shù)。步驟二 最佳賣方鎖定在完成步驟一的頻譜環(huán)境感知，建立了相關(guān)的模型池后。MS基于最佳的損耗函數(shù) 來選擇最佳賣方。然后，用戶鎖定最佳賣方，最佳賣方向MRC發(fā)送鎖定信息。MS和鎖定的 BS建立初始鏈路。步驟三穩(wěn)定收發(fā)頻譜罩在鎖定最佳賣方以后，MS和BS之間建立了一條可用的鏈路，但是MS和BS之間的 收發(fā)頻譜罩仍然有差異。MS和BS之間通過頻譜檢測結(jié)果交換來減小其收發(fā)頻譜罩之間的 差異，如圖4所示，具體包括如下步驟
第一步MS通過其收發(fā)頻譜罩，發(fā)射它的頻譜檢測結(jié)果。第二步BS通過其接收頻譜罩接收到MS發(fā)射的信號(hào)，并且通過接收到的信號(hào)估計(jì) MS端可用的頻譜資源；BS估計(jì)得到的結(jié)果和其本地的檢測結(jié)果的交集作為BS新的發(fā)射頻 譜罩和接收頻譜罩；BS實(shí)際的頻譜檢測結(jié)果通過新的發(fā)射頻譜罩發(fā)射出去。第三步MS通過其接收頻譜罩接收到BS發(fā)射的信號(hào)，并且通過接收到的信號(hào)估計(jì) BS端的可用頻譜資源；MS估計(jì)得到的結(jié)果和其本地的檢測結(jié)果的交集作為MS的新的發(fā)射 頻譜罩和接收頻譜罩；MS實(shí)際的頻譜檢測結(jié)果通過新的發(fā)射頻譜罩發(fā)射出去。第四步經(jīng)過MS和BS之間多次交換后，如果BS的收發(fā)頻譜罩在不斷變化，那么MS 和BS之間不斷地交換頻譜檢測結(jié)果，直到交換次數(shù)達(dá)到最大可以允許的次數(shù)M(M取決于不 同應(yīng)用場景中業(yè)務(wù)對時(shí)延的要求)。在交換次數(shù)超過M之后，如果BS的收發(fā)頻譜罩仍然在 變化，那么放棄該鏈路；如果BS的收發(fā)頻譜罩和MS的收發(fā)頻譜罩相比差異小于或等于門限 值T2 (門限值T2可以為差錯(cuò)個(gè)數(shù)，其取值范圍取決于具體的應(yīng)用場景，包括通信信道條件、 所采用的發(fā)射方案和業(yè)務(wù)類型等)，那么停止交換，完成鏈路建立，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在整個(gè)鏈路使用過程中，以周期TO重復(fù)步驟一、步驟二和步驟三以對鏈路進(jìn)行維護(hù)。以上實(shí)施例僅用以說明而非限制本發(fā)明所涉及的技術(shù)方案，盡管參照以上較佳實(shí)施例 對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的技術(shù)方案可以進(jìn)行 修改、變形或者等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán) 利要求范圍之中。
權(quán)利要求
一種認(rèn)知無線電場景中以用戶為中心的鏈路建立方法，前提條件是假設(shè)CR網(wǎng)絡(luò)中，BS和MS的頻譜檢測結(jié)果能真實(shí)、可靠地反應(yīng)BS和MS端的可用頻譜分布情況，MS事先注冊到MRC中成為無線網(wǎng)絡(luò)的合法用戶；其特征在于包括以下步驟步驟一頻譜環(huán)境感知在用戶中心的無線系統(tǒng)中，當(dāng)MS開機(jī)后掃描頻譜，搜索賣方發(fā)射的導(dǎo)頻信號(hào)來鑒別賣方的BS，利用解調(diào)得到的數(shù)據(jù)評估初始鏈路質(zhì)量；如果鏈路質(zhì)量大于或等于門限值T1，那么認(rèn)為鏈路可用并且MS發(fā)送請求使賣方通知其基站BS；BS向請求的MS發(fā)送自身信息；MS接收到每個(gè)賣方的BS的響應(yīng)以后，為其建立損耗函數(shù)；然后，MS繼續(xù)感知環(huán)境，并接收可用信道，產(chǎn)生關(guān)聯(lián)的損耗函數(shù)；步驟二最佳賣方鎖定MS基于最佳的損耗函數(shù)來選擇最佳賣方；然后，用戶鎖定最佳賣方，最佳賣方向MRC發(fā)送鎖定信息；MS和鎖定賣方的BS建立初始鏈路；步驟三穩(wěn)定收發(fā)頻譜罩在鎖定最佳賣方以后，MS和BS之間建立了一條可用的鏈路，但是MS和BS之間的收發(fā)頻譜罩仍然有差異；MS和BS之間通過頻譜檢測結(jié)果交換來減小其收發(fā)頻譜罩之間的差異，具體包括如下步驟第一步MS通過其收發(fā)頻譜罩，發(fā)射MS的頻譜檢測結(jié)果；第二步BS通過其接收頻譜罩接收到MS發(fā)射的信號(hào)，并且通過接收到的信號(hào)估計(jì)MS端可用的頻譜資源；BS估計(jì)得到的結(jié)果和其本地的檢測結(jié)果的交集作為BS新的發(fā)射頻譜罩和接收頻譜罩；BS實(shí)際的頻譜檢測結(jié)果通過新的發(fā)射頻譜罩發(fā)射出去第三步MS通過其接收頻譜罩接收到BS發(fā)射的信號(hào)，并且通過接收到的信號(hào)估計(jì)BS端的可用頻譜資源；MS估計(jì)得到的結(jié)果和其本地的檢測結(jié)果的交集作為MS的新的發(fā)射頻譜罩和接收頻譜罩；MS實(shí)際的頻譜檢測結(jié)果通過新的發(fā)射頻譜罩發(fā)射出去；第四步經(jīng)過MS和BS之間多次交換后，如果BS的收發(fā)頻譜罩在不斷變化，那么MS和BS之間不斷地交換頻譜檢測結(jié)果，直到交換次數(shù)達(dá)到最大可以允許的次數(shù)M；在交換次數(shù)超過M之后，如果BS的收發(fā)頻譜罩仍然在變化，那么放棄該鏈路；如果BS的收發(fā)頻譜罩和MS的頻譜罩差異小于或等于門限值T2，那么停止交換，完成鏈路建立，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種認(rèn)知無線電場景中以用戶為中心的鏈路建立方法，其特 征是，在整個(gè)鏈路使用過程中，以固定的周期TO重復(fù)步驟一、步驟二和步驟三以對鏈路進(jìn) 行維護(hù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種認(rèn)知無線電場景中以用戶為中心的鏈路建立方法，其特 征在于，門限值Tl可以為信噪比或信號(hào)功率，其取值范圍取決于具體的應(yīng)用場景，所述具 體的應(yīng)用場景包括通信信道條件、所采用的發(fā)射方案和業(yè)務(wù)類型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種認(rèn)知無線電場景中以用戶為中心的鏈路建立方法，其特 征在于，BS向請求的MS發(fā)送自身信息包括且不限于信道可用性、擁塞率、BER、信號(hào)功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種認(rèn)知無線電場景中以用戶為中心的鏈路建立方法，其特 征在于，所述的門限值T2為差錯(cuò)個(gè)數(shù)，其取值范圍取決于具體的應(yīng)用場景，所述具體的應(yīng) 用場景包括通信信道條件、所采用的發(fā)射方案和業(yè)務(wù)類型。
全文摘要
一種認(rèn)知無線電場景中以用戶為中心的鏈路建立方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。在以用戶為中心的系統(tǒng)中，用戶可以自由選擇有可用信道的賣方，這樣只有所有賣方都超負(fù)載時(shí)才會(huì)發(fā)生呼叫阻塞。從而降低呼叫阻塞率，提高頻譜的效率。該方法包括初始頻譜環(huán)境感知，最佳賣方鎖定，穩(wěn)定收發(fā)頻譜罩三大步驟。初始頻譜環(huán)境感知中，MS掃描BS信標(biāo)，選擇鏈路質(zhì)量符合的賣方，發(fā)送請求，建立賣方模型和相關(guān)的損耗函數(shù)；最佳賣方鎖定中，在已建立的模型池里選擇最佳賣方，MS向MRC發(fā)送鎖定請求，MRC向選定的賣方發(fā)送鎖定信息，MS與賣方BS之間建立初始鏈路；在穩(wěn)定收發(fā)頻譜罩中，MS和BS之間通過頻譜檢測交換減小二者差異，建立穩(wěn)定鏈路，BS在更新時(shí)間T內(nèi)向MS提供通信服務(wù)。本發(fā)明引入以用戶為中心的思想，能有效降低呼叫阻塞率，提高頻譜效率。
文檔編號(hào)H04W24/00GK101815311SQ20101012162
公開日2010年8月25日 申請日期2010年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月10日
發(fā)明者吳威, 周忠, 李毅, 蘇金釗, 趙沁平 申請人:北京航空航天大學(xué)