動(dòng)態(tài)頻譜接入方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及動(dòng)態(tài)頻譜接入方法，認(rèn)知用戶連續(xù)感知周圍環(huán)境中的頻譜信號(hào)，從中獲得并接入空閑的授權(quán)用戶頻譜，在接入所述授權(quán)用戶頻譜的同時(shí)繼續(xù)感知周圍信號(hào)頻譜。本發(fā)明利用認(rèn)知用戶自身射頻信號(hào)對(duì)頻譜檢測(cè)中的干擾信號(hào)進(jìn)行估計(jì)，消除了認(rèn)知用戶自身傳輸信號(hào)對(duì)頻譜檢測(cè)的影響，實(shí)現(xiàn)了認(rèn)知用戶頻譜檢測(cè)與頻譜接入的同時(shí)進(jìn)行。具體來(lái)說(shuō)就是對(duì)認(rèn)知用戶自身的射頻信號(hào)提取特征，估計(jì)頻譜檢測(cè)信號(hào)中的干擾信號(hào)，去除認(rèn)知用戶自身傳輸信號(hào)對(duì)頻譜檢測(cè)的影響，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了認(rèn)知用戶的頻譜感知與頻譜接入的同時(shí)性，解決了困擾當(dāng)前認(rèn)知?jiǎng)討B(tài)頻譜接入的難題。
【專利說(shuō)明】動(dòng)態(tài)頻譜接入方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)頻譜接入與管理技術(shù)，更具體地說(shuō)涉及一種頻譜感知與頻譜接入同時(shí)進(jìn)行的一種動(dòng)態(tài)頻譜接入技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]大部分無(wú)線頻段的頻譜使用率僅在10%左右，使得原已十分稀缺頻譜資源大量閑置，不能適應(yīng)無(wú)線通信業(yè)務(wù)的高速發(fā)展。
[0003]賦予認(rèn)知功能的認(rèn)知無(wú)線電(CR)的動(dòng)態(tài)頻譜接入技術(shù)被公認(rèn)為高效利用無(wú)線頻譜資源的有效技術(shù)手段，已成為業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻譜接入有兩個(gè)核心問(wèn)題:機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)和信道接入。準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)頻譜“空洞”是實(shí)現(xiàn)頻譜高效復(fù)用的基礎(chǔ)，有效接入空閑信道是提高頻譜利用率的關(guān)鍵。有關(guān)頻譜機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)和信道有效接入，人們進(jìn)行了大量研究。到目前為止，所有的動(dòng)態(tài)頻譜接入技術(shù)其空閑頻譜發(fā)現(xiàn)和信道資源接入在時(shí)域上是分開(kāi)進(jìn)行的。
[0004]在認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中，為了避免對(duì)授權(quán)用戶的干擾，認(rèn)知(非授權(quán))用戶必須周期性地對(duì)一些頻段進(jìn)行頻譜檢測(cè)。如果檢測(cè)到頻譜是忙的(授權(quán)用戶在使用)，認(rèn)知用戶將放棄該段頻譜；如果檢測(cè)到頻譜是空閑的(授權(quán)用戶不在使用)，認(rèn)知用戶將擇機(jī)接入該頻段進(jìn)行通信業(yè)務(wù)。但認(rèn)知用戶在頻譜接入進(jìn)行通信業(yè)務(wù)過(guò)程中不再檢測(cè)(感知)授權(quán)用戶頻譜接入的動(dòng)態(tài)變化。因此，很有可能在認(rèn)知用戶的頻譜接入過(guò)程中(即在認(rèn)知用戶兩個(gè)頻譜感知周期之間)，由于授權(quán)用戶頻譜的再接入導(dǎo)致認(rèn)知用戶與授權(quán)用戶之間發(fā)生碰撞沖突引起相互干擾，如圖2所示。為了降低認(rèn)知用戶和授權(quán)用戶發(fā)生碰撞的概率，可以增加認(rèn)知用戶的頻譜感知時(shí)間(Ts)，減少認(rèn)知用戶的頻譜接入時(shí)間(Tp-Ts)。頻譜感知周期越長(zhǎng)，頻譜檢測(cè)的可靠性就越高，認(rèn)知用戶對(duì)授權(quán)用戶干擾的可能性就越小。但認(rèn)知用戶獲得的網(wǎng)絡(luò)吞吐量就越低，網(wǎng)絡(luò)頻譜資源使用的效率就越低，難以解決當(dāng)前通信業(yè)務(wù)不斷增加與頻譜資源日益稀缺的矛盾。為了增加認(rèn)知用戶獲得的網(wǎng)絡(luò)吞吐量，提高頻譜資源使用率，則可以減少認(rèn)知用戶的頻譜感知時(shí)間，增加認(rèn)知用戶的頻譜接入時(shí)間。頻譜感知周期越短，頻譜檢測(cè)的可靠性就越低。此時(shí)認(rèn)知用戶雖然提高了其獲得的網(wǎng)絡(luò)吞吐量，提高了頻譜資源使用率，但認(rèn)知用戶和授權(quán)用戶發(fā)生碰撞的概率也就增加了，也就是說(shuō)認(rèn)知用戶對(duì)授權(quán)用戶干擾的可能性也增加了，無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)認(rèn)知用戶的頻譜感知與頻譜接入。因此，認(rèn)知用戶的頻譜感知時(shí)間與頻譜接入時(shí)間之間的折中是一個(gè)困擾當(dāng)前認(rèn)知?jiǎng)討B(tài)頻譜接入的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決認(rèn)知用戶頻譜感知與頻譜接入不能同時(shí)進(jìn)行的難題，提供一種動(dòng)態(tài)頻譜接入方法，頻譜感知與頻譜接入可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)，既可以降低認(rèn)知用戶和授權(quán)用戶碰撞概率，又可以提高頻譜資源使用率。其技術(shù)方案如下:
[0006]所述動(dòng)態(tài)頻譜接入方法，認(rèn)知用戶連續(xù)感知周圍環(huán)境中的頻譜信號(hào)，從中獲得并接入空閑的授權(quán)用戶頻譜，在接入所述授權(quán)用戶頻譜的同時(shí)繼續(xù)感知周圍信號(hào)頻譜。
[0007]所述動(dòng)態(tài)頻譜接入方法進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述認(rèn)知用戶周圍環(huán)境中存在的頻譜信號(hào)包括信道噪聲頻譜信號(hào)n(t)、認(rèn)知用戶自身干擾頻譜信號(hào)s(t)和授權(quán)用戶頻譜信號(hào)x(t)，認(rèn)知用戶感知接收到的信號(hào)r(t)包括不存在授權(quán)用戶信號(hào)頻譜的情形Htl和存在授權(quán)用戶信號(hào)頻譜的情形H1
[0008]H0:r (t) =n (t) +s (t) H1:r (t) =n (t) +z (t) +x (t)
[0009]其中:0≤t≤Ts，Ts為認(rèn)知用戶頻譜檢測(cè)時(shí)間。
[0010]所述動(dòng)態(tài)頻譜接入方法進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述認(rèn)知用戶連續(xù)感知周圍環(huán)境中頻譜信號(hào)的步驟包括
[0011]I)干擾信號(hào)估計(jì)，認(rèn)知用戶通過(guò)傳輸?shù)淖陨順颖拘盘?hào)sT (t)對(duì)接收信號(hào)r(t)中的干擾信號(hào)S(t)大小進(jìn)行估計(jì)，并構(gòu)建一個(gè)與干擾信號(hào)S (t)完全相同的估計(jì)信號(hào)s’ (t);
[0012]2)干擾信號(hào)消除，從認(rèn)知用戶接收到的信號(hào)r(t)中減去估計(jì)信號(hào)s’⑴，從而得到提供給頻譜檢測(cè)器檢測(cè)的新檢測(cè)信號(hào)y(t)，y(t) =r(t) — s’ (t)，所述新檢測(cè)信號(hào)y(t)與所述樣本信號(hào)sT (t)的互相關(guān)系數(shù)P應(yīng)小于一個(gè)給定的正數(shù)ε，否則重新構(gòu)建估計(jì)信號(hào)
S， (t)；
[0013]3)頻譜檢測(cè)，對(duì)所述新檢測(cè)信號(hào)y(t)進(jìn)行頻譜檢測(cè)，判定是否存在授權(quán)用戶信號(hào)
X (t)。
[0014]所述動(dòng)態(tài)頻譜接入方法進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述重新構(gòu)建估計(jì)信號(hào)S，(t)是在由所述干擾信號(hào)估計(jì)步驟和干擾信號(hào)消除步驟所形成的一個(gè)閉環(huán)自適應(yīng)控制過(guò)程中進(jìn)行，直到互相關(guān)系數(shù)P小于一個(gè)給定的正數(shù)ε，該閉環(huán)控制過(guò)程完成。
[0015]所述動(dòng)態(tài)頻譜接入方法進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述新檢測(cè)信號(hào)y(t)是通過(guò)變衰減器從認(rèn)知用戶接收到的信號(hào)r(t)中減去估計(jì)信號(hào)s’ (t)，估計(jì)信號(hào)s’(t) = k.sT (t)，k為可變衰減器的衰減系數(shù)，所述新檢測(cè)信號(hào)y(t)=r(t) — k.sT(t)。
[0016]所述動(dòng)態(tài)頻譜接入方法進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述新檢測(cè)信號(hào)y(t)與所述樣本信號(hào)sT(t)的互相關(guān)系數(shù)P為
【權(quán)利要求】
1.動(dòng)態(tài)頻譜接入方法，其特征在于認(rèn)知用戶連續(xù)感知周圍環(huán)境中的頻譜信號(hào)，從中獲得并接入空閑的授權(quán)用戶頻譜，在接入所述授權(quán)用戶頻譜的同時(shí)繼續(xù)感知周圍信號(hào)頻譜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)頻譜接入方法，其特征在于所述認(rèn)知用戶周圍環(huán)境中存在的頻譜信號(hào)包括信道噪聲頻譜信號(hào)n(t)、認(rèn)知用戶自身干擾頻譜信號(hào)s(t)和授權(quán)用戶頻譜信號(hào)x(t)，認(rèn)知用戶感知接收到的信號(hào)r(t)包括不存在授權(quán)用戶信號(hào)頻譜的情形Htl和存在授權(quán)用戶信號(hào)頻譜的情形H1
H0:r(t)=n(t)+s(t)
H1:r (t) =n (t) +s (t) +X (t) 其中:0≤t≤Ts, Ts為認(rèn)知用戶頻譜檢測(cè)時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動(dòng)態(tài)頻譜接入方法，其特征在于所述認(rèn)知用戶連續(xù)感知周圍環(huán)境中頻譜信號(hào)的步驟包括 1)干擾信號(hào)估計(jì)，認(rèn)知用戶通過(guò)傳輸?shù)淖陨順颖拘盘?hào)sT(t)對(duì)接收信號(hào)r(t)中的干擾信號(hào)s(t)大小進(jìn)行估計(jì)，并構(gòu)建一個(gè)與干擾信號(hào)s (t)完全相同的估計(jì)信號(hào)s’ (t)； 2)干擾信號(hào)消除，從認(rèn)知用戶接收到的信號(hào)r(t)中減去估計(jì)信號(hào)s’(t)，從而得到提供給頻譜檢測(cè)器檢測(cè)的新檢測(cè)信號(hào)y(t)，y(t) =r(t) — s’ (t)，所述新檢測(cè)信號(hào)y(t)與所述樣本信號(hào)sT(t)的互相關(guān)系數(shù)P應(yīng)小于一個(gè)給定的正數(shù)ε，否則重新構(gòu)建估計(jì)信號(hào)S， (t)； 3)頻譜檢測(cè)，對(duì)所述新檢測(cè)信號(hào)y(t)進(jìn)行頻譜檢測(cè)，判定是否存在授權(quán)用戶信號(hào)X (t)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動(dòng)態(tài)頻譜接入方法，其特征在于所述重新構(gòu)建估計(jì)信號(hào)s’(t)是在由所述干擾信號(hào)估計(jì)步驟和干擾信號(hào)消除步驟所形成的一個(gè)閉環(huán)自適應(yīng)控制過(guò)程中進(jìn)行，直到互相關(guān)系數(shù)P小于一個(gè)給定的正數(shù)ε，該控制過(guò)程完成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的動(dòng)態(tài)頻譜接入方法，其特征在于，所述新檢測(cè)信號(hào)y(t)是通過(guò)變衰減器從認(rèn)知用戶接收到的信號(hào)r(t)中減去估計(jì)信號(hào)s’(t)，估計(jì)信號(hào)s’ (t)=k.sT(t), k為可變衰減器的衰減系數(shù),所述新檢測(cè)信號(hào)y (t)=r (t) — k.sT(t)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)所述的動(dòng)態(tài)頻譜接入方法，其特征在所述新檢測(cè)信號(hào)y(t)與所述樣本信號(hào)sT (t)的互相關(guān)系數(shù)P為
7.根據(jù)權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)所述的動(dòng)態(tài)頻譜接入方法，其特征在于所述可變系數(shù)衰減器衰減系數(shù)k的更新受互相關(guān)系數(shù)P控制，兩者存在如下關(guān)系
k (i+1) = k (i) + β.P 其中，β為更新步長(zhǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)所述的動(dòng)態(tài)頻譜接入方法，其特征在于所述樣本信號(hào)sT(t)是認(rèn)知用戶發(fā)射機(jī)中任何一處的等價(jià)射頻信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)所述的動(dòng)態(tài)頻譜接入方法，其特征在于所述頻譜檢測(cè)包括能量檢測(cè)，或匹配濾波器檢測(cè)，或循環(huán)平穩(wěn)特征檢測(cè)，或特征值檢測(cè)，或上述檢測(cè)的任意組口 ο`
【文檔編號(hào)】H04W16/14GK103780324SQ201410076689
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】張士兵, 張麗, 劉燕, 鄒麗 申請(qǐng)人:南通大學(xué)