專利名稱：一種cr系統(tǒng)中的頻譜切換方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，具體涉及LTE-CR系統(tǒng)中的多系統(tǒng)共存時頻譜切換方法。背景資料認知無線電是解決當前頻譜資源匱乏的熱門技術(shù)，它通過感知無線環(huán)境，尋求可用頻譜資源，進行智能、動態(tài)地頻譜選擇，打破了傳統(tǒng)的以無線通信系統(tǒng)固定劃分頻譜資源的方式，從而提高了頻譜資源的利用率。在認知無線電網(wǎng)絡(luò)中，用戶包括授權(quán)用戶(primary user (PR))與認知用戶(secondary user (SR)):前者享有頻譜的優(yōu)先使用權(quán)，后者則動態(tài)跟蹤前者的頻譜占用情況，在其未使用的空閑頻譜上通信。當授權(quán)用戶重新使用頻譜時，認知用戶需將頻譜歸還給其使用。為了保證認知用戶通信的持續(xù)性和業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量，它可以在讓出頻譜的同時平滑轉(zhuǎn)移到其他空閑頻段繼續(xù)通信；另外，當認知用戶所占用頻譜不能滿足其業(yè)務(wù)需求時，也可以轉(zhuǎn)移到其他更合適的空閑頻譜，即為頻譜切換。頻譜切換是一種新型的切換，是認知無線電關(guān)鍵技術(shù)之一，用于認知用戶在必要時進行頻段轉(zhuǎn)換。頻譜切換在很大程度上決定了頻譜的利用率和系統(tǒng)的吞吐量，因此，探索并建立高效的頻譜切換模型和切換信道選擇算法具有重要的理論與應(yīng)用價值。傳統(tǒng)的頻譜切換技術(shù)對認知用戶SU本身的信息，以及系統(tǒng)中信道CH的信息利用都不夠充分，甚至于僅僅采用隨機接入的方式，也即在認知用戶被迫退出信道的時候，從剩余的空閑信道中隨機挑選一條信道接入。傳統(tǒng)方法的問題可能有:新接入的信道可能主用戶到達率很高，在認知用戶接入后不久又將再次因主用戶到來而發(fā)生二次甚至三次切換，多次切換帶來的切換時延的影響將使得認知用戶通信性能大大惡化；新接入信道的信噪比、帶寬等因素決定了信道容量，而信道容量不足將導(dǎo)致認知用戶傳輸速率大大降低，這也會影響其通信性能；將某條“優(yōu)秀”信道分配給一條普通用戶，導(dǎo)致性能浪費，而使得整個系統(tǒng)的認知用戶總吞吐量得不到提聞的問題等等。所以我們需要一種能充分利用用戶信息、信道信息，能兼顧時延、速率等多方面性能指標，針對每個用戶挑選最合適的信道接入的方法，使得系統(tǒng)整體性能提高，而不僅僅是某一個認知用戶性能提高的頻譜切換方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種準確的、有效的CR系統(tǒng)中的頻譜切換方法與實現(xiàn)裝置，保證能大大降低CR系統(tǒng)中的認知用戶為躲避主用戶到來而需要發(fā)生的切換次數(shù)，同時提高了系統(tǒng)對認知用戶的吞吐量，最終實現(xiàn)保證認知用戶通信質(zhì)量的目的。本發(fā)明充分利用了信道中的有效信息，沒有單純的追求低切換率，也沒有單純追求高的吞吐量，而是利用加權(quán)的方法綜合考慮二者作為最終信道配對依據(jù)，兼顧了兩種性能的優(yōu)異性；綜合考慮了系統(tǒng)中所有認知用戶，在整個組合矩陣中選擇最優(yōu)，而不是只考慮某一個用戶與某一條信道的匹配情況，保證了整個系統(tǒng)的最優(yōu)切換選擇。具體實施過程如圖(1)，為CR系統(tǒng)每一時隙中實現(xiàn)頻譜切換裝置的基本流程。該流程包括以下步驟:1.當前時隙信道中認知用戶的信息進行更新，包括已經(jīng)傳輸?shù)臅r間Ttrans、已經(jīng)傳輸完成的數(shù)據(jù)量Dtrans等，其中對于已經(jīng)被擠出信道尚處于“檢測態(tài)”的認知用戶不進行傳輸數(shù)據(jù)量增加，只進行相應(yīng)傳輸時延VT的增加，最終對于已經(jīng)完成傳輸?shù)恼J知用戶釋放其占用的信道，將其有效數(shù)據(jù)速率Rrfftrtive進行記錄。2.當前時隙信道中主用戶的信息進行更新，此時如果主用戶傳輸結(jié)束則釋放其占據(jù)的信道；如果主用戶出現(xiàn)，而且當前信道上不存在認知用戶，則正常接入該信道；如果主用戶出現(xiàn)時，有認知用戶存在，則主用戶也正常接入，但是要對認知用戶進行掛起，使其進入“檢測態(tài)”，并將其放入切換用戶集合SUhandtjra中，在之后的傳輸時延VT內(nèi)不傳輸數(shù)據(jù)。3.新用戶隨機產(chǎn)生，將這些新產(chǎn)生的用戶統(tǒng)一記錄在新接入集合SUnrat中，以備后續(xù)接入信道。4.統(tǒng)計當前所有信道中的空閑信道，將其記錄在空閑信道集合CHidle,以備后續(xù)接入操作。5.依據(jù)信道的信息和各切換認知用戶的信息，計算最小切換概率的矩陣PH。假設(shè)SUhandover長度為M，CHidle長度為N，那么PH為MXN的矩陣，其中每一項都是一個認知用戶與一條信道的配對組合。假設(shè)在切換用戶Sul需要選擇信道Chl時，信道已經(jīng)空閑了 XO時間，認知用戶已經(jīng)傳輸了 YO時間，那么在這個條件下，希望認知用戶繼續(xù)需要傳輸時間小于信道繼續(xù)能夠空閑的時間，即這種情況的概率值為
權(quán)利要求
1.一種CR系統(tǒng)中的頻譜切換方法，其特征在于，包括: CR系統(tǒng)更新當前時隙信道中認知用戶與主用戶的信息，統(tǒng)計所有有接入信道需求的認知用戶，統(tǒng)計空閑信道； 將每個欲接入信道的認知用戶與空閑信道中每條信道兩兩配對組合，獲取各項參數(shù)之后，分別計算，最終獲得判決矩陣S ； 選擇S矩陣元素中的最大值對應(yīng)的認知用戶Su與信道Ch組合，并將該認知用戶接入對應(yīng)信道中，更新信道信息； 刪除接入成功的用戶與信道，重復(fù)上述配對組合操作，直至認知用戶或者空閑信道為空。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，CR系統(tǒng)更新當前時隙信道中認知用戶與主用戶的信息，統(tǒng)計所有有接入信道需求的認知用戶，統(tǒng)計空閑信道，具體包括 對當前時隙信道中認知用戶的信息進行更新，包括已經(jīng)傳輸?shù)臅r間Ttrans、已經(jīng)傳輸完成的數(shù)據(jù)量Dtrans等，對于完成傳輸?shù)挠脩翎尫牌湔紦?jù)的信道； 對當前時隙信道中主用戶的信息進行更新，此時如果主用戶傳輸結(jié)束則釋放其占據(jù)的信道；如果主用戶出現(xiàn)時，發(fā)生認知用戶被擠出信道的情形，則將認知用戶記錄到切換用戶集合 SUhandtwer 中。
新用戶隨機產(chǎn)生，將這些新產(chǎn)生的用戶統(tǒng)一記錄在新接入集合SUmw中，以備后續(xù)接入信道；統(tǒng)計當前所有 信道中的空閑信道，將其記錄在空閑信道集合CHidl-
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將每個欲接入信道的認知用戶與空閑信道中每條信道兩兩配對組合，獲取各項參數(shù)之后，分別計算，最終獲得判決矩陣S，具體包括: SUhandover用戶與SUnrat用戶先后和各空閑信道兩兩配對組合，計算最小切換概率的矩陣PH0假設(shè)在認知用戶Sul需要選擇信道Chl時，信道已經(jīng)空閑了 XO時間，認知用戶已經(jīng)傳輸了 YO時間，那么在這個條件下，希望認知用戶繼續(xù)需要傳輸時間Y-YO小于信道繼續(xù)能夠空閑的時間Χ-Χ0，這種情況發(fā)生的概率即為PH的元素。
SUhandOTOT用戶與SUmw用戶先后和各空閑信道兩兩配對組合，計算剩余時間矩陣Tleft。假設(shè)在切換用戶S+需要選擇信道Chi時，認知用戶剩余數(shù)據(jù)Mp選擇信道的信噪比為SNRi,帶寬為Bi,則可計算信道容量為Ci,進而可以得到剩余傳輸時間Tlrft。
將兩個矩陣處理為無量綱模式，即對兩個矩陣分別進行歸一化處理，并將兩個歸一化矩陣乘以系數(shù)之后相加，系數(shù)各取0.5即可，得到判決矩陣S。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，SUhand.用戶優(yōu)先于SUnrat進行與空閑信道CHidle的配對與選擇。
5.一種CR系統(tǒng)中的頻譜切換裝置，其特征在于，包括: 系統(tǒng)信息獲取模塊，按照權(quán)利要求2所述的方法用于更新CR系統(tǒng)當前時隙信道中認知用戶與主用戶的信息，統(tǒng)計所有有接入信道需求的認知用戶，統(tǒng)計空閑信道； 數(shù)據(jù)處理模塊，按照權(quán)利要求3所述的方法用于將每個欲接入信道的認知用戶與空閑信道中每條信道兩兩配對組合，獲取各項參數(shù)之后，分別計算，最終獲得判決矩陣S ； 頻譜分配模塊，按照權(quán)利要求4所述的方法用于根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果進行認知用戶頻譜分配，將認知用戶接入信道；.調(diào)度模塊，用于協(xié)調(diào)前三個模塊之間的順序關(guān)系，并保證數(shù)據(jù)處理中對頻譜分配模塊的循環(huán)調(diào)用能夠?qū)崿F(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種CR系統(tǒng)中的頻譜切換方法及其實現(xiàn)裝置，用來實現(xiàn)CR系統(tǒng)中的頻譜切換，可以保證較低的切換率和較高的系統(tǒng)吞吐量，并且在系統(tǒng)認知用戶承載量上和切換失敗量上提供較好性能保證。其中所述頻譜切換方法包括CR系統(tǒng)更新當前時隙信道中認知用戶與主用戶的信息，統(tǒng)計所有有接入信道需求的認知用戶，統(tǒng)計空閑信道；將每個欲接入信道的認知用戶與空閑信道中每條信道兩兩配對組合，依照各項參數(shù)分別計算獲得判決矩陣S；選擇矩陣S中元素最大值對應(yīng)的認知用戶Su接入對應(yīng)信道Ch；刪除接入成功的用戶與信道，重復(fù)上述配對組合操作，直至認知用戶或者空閑信道為空。
文檔編號H04W16/14GK103179578SQ20131010818
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者王亞峰, 溫天偉, 李超 申請人:北京郵電大學(xué)