一種認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)性能最優(yōu)檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)性能最優(yōu)檢測(cè)方法，屬于認(rèn)知無線電通信系統(tǒng)領(lǐng)域。本發(fā)明首先根據(jù)n個(gè)主用戶隨機(jī)占用信道的情況構(gòu)建信道分配序列；然后計(jì)算次級(jí)用戶占用信道的概率序列；接著計(jì)算次級(jí)用戶占用信道時(shí)貢獻(xiàn)的吞吐量序列；再根據(jù)不同的次級(jí)用戶個(gè)數(shù)，形成不同的信道分配序列，分別計(jì)算網(wǎng)絡(luò)吞吐量總和；最后通過對(duì)不同的次級(jí)用戶個(gè)數(shù)獲得的網(wǎng)絡(luò)吞吐量總和進(jìn)行對(duì)比，選取最優(yōu)次級(jí)用戶個(gè)數(shù)。本發(fā)明具有認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)能夠智能感知無線頻譜環(huán)境，自動(dòng)搜尋閑置頻譜，并采用學(xué)習(xí)和決策算法自適應(yīng)地改變通信系統(tǒng)的協(xié)調(diào)模型，為提高頻譜利用率開辟了嶄新的途徑；能高效的利用閑散的頻譜資源，減少了頻譜資源的浪費(fèi)。
【專利說明】—種認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)性能最優(yōu)檢測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)性能最優(yōu)檢測(cè)方法，屬于認(rèn)知無線電通信系統(tǒng)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著無線通信業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，對(duì)頻譜的需要持續(xù)增長(zhǎng)以及優(yōu)質(zhì)頻譜資源分配殆盡，然而授權(quán)頻譜的利用率并不高。導(dǎo)致這一矛盾的原因，是由于傳統(tǒng)的信道分配采用固定分配方式，通常會(huì)出現(xiàn)信道資源分配不均，甚至浪費(fèi)的情況，這與當(dāng)前日益增長(zhǎng)的頻譜資源需求矛盾。因此，為了解決這一矛盾，提出認(rèn)知無線電(Cognitive Rad1, CR)技術(shù),它通過感知頻域、時(shí)域和空域等頻譜環(huán)境，自動(dòng)搜尋并利用己授權(quán)頻段的空閑頻譜，實(shí)現(xiàn)不可再生頻譜資源的再利用，允許次級(jí)用戶(Secondary User, SU)在不干擾主用戶(Primary User,PU)正常通信的條件下二次利用PU的頻譜資源，它能動(dòng)態(tài)地使用頻譜，大幅度地提高了頻譜利用率。而擇機(jī)頻譜接入是認(rèn)知無線電的關(guān)鍵技術(shù)之一，擇機(jī)頻譜接入允許次級(jí)用戶使用主用戶暫時(shí)未使用的頻譜，一旦主用戶需要時(shí)再歸還給主用戶使用。這種擇機(jī)接入的方式給接入算法和協(xié)議的設(shè)計(jì)帶來了新的挑戰(zhàn)，特別是在分布式網(wǎng)絡(luò)中，沒有基站或中心控制節(jié)點(diǎn)，這時(shí)次級(jí)用戶如何選擇信道，以減少次級(jí)用戶之間的沖突，避免對(duì)主用戶的干擾是擇機(jī)頻譜接入算法必須解決的問題。針對(duì)分布式網(wǎng)絡(luò)中，次級(jí)用戶由于硬件條件的限制，無法獲知全部信道的可用狀態(tài)，只能選擇其中幾條進(jìn)行檢測(cè)、接入。
[0003]目前，雖然國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)認(rèn)知無線電頻譜分配做了許多研究，提出了一些認(rèn)知無線電頻譜分配的數(shù)學(xué)模型，并在這數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上研究了相關(guān)的具體算法，但這些研究主要針對(duì)集中式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對(duì)于分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)頻譜分配算法研究較少。另外，對(duì)于集中式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以前的研究主要考慮系統(tǒng)整體性能的提高，對(duì)于認(rèn)知用戶服務(wù)質(zhì)量的需求差異和公平性問題考慮有所欠缺。目前的頻譜資源大多數(shù)采用固定分配方式，授權(quán)頻段的信道資源豐富，但大多利用率極低。這種矛盾嚴(yán)重制約著無線通信業(yè)務(wù)的發(fā)展。認(rèn)知無線電技術(shù)有效地緩和了這一矛盾。認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)能夠智能持感知無線頻譜環(huán)境，自動(dòng)搜尋閑置頻譜，并采用學(xué)習(xí)和決策算法自適應(yīng)地改變通信系統(tǒng)的協(xié)調(diào)模型，為提高頻譜利用率開辟了嶄新的途徑。本發(fā)明方法采用分布式自主決策方法，來優(yōu)選最佳的協(xié)調(diào)規(guī)則模型，能高效的利用閑散的頻譜資源，減少了頻譜資源的浪費(fèi)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)性能最優(yōu)檢測(cè)方法，以用于解決當(dāng)前存在的頻譜資源固定分配、單一檢測(cè)以及復(fù)雜的集中式分配結(jié)構(gòu)等帶來頻譜利用率低下、可用頻譜帶資源浪費(fèi)等問題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)性能最優(yōu)檢測(cè)方法，首先根據(jù)/7個(gè)主用戶隨機(jī)占用信道的情況構(gòu)建信道分配序列；然后計(jì)算次級(jí)用戶占用信道的概率序列；接著計(jì)算次級(jí)用戶占用信道時(shí)貢獻(xiàn)的吞吐量序列；再根據(jù)不同的次級(jí)用戶個(gè)數(shù)，形成不同的信道分配序列，分別計(jì)算網(wǎng)絡(luò)吞吐量總和；最后通過對(duì)不同的次級(jí)用戶個(gè)數(shù)獲得的網(wǎng)絡(luò)吞吐量總和進(jìn)行對(duì)比，選取最優(yōu)次級(jí)用戶個(gè)數(shù)。
[0006]所述認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)性能最優(yōu)檢測(cè)方法的具體步驟如下:
Step 1、構(gòu)建信道分配序列
根據(jù)個(gè)主用戶隨機(jī)占用信道的情況構(gòu)建信道分配序列#= [IZ1，爲(wèi)，…氧]:
如果次級(jí)用戶占用了信道，則對(duì)應(yīng)信道分配序列中的元素為I ;
如果主用戶占用了信道，則對(duì)應(yīng)信道分配序列中的元素為O ;
如果多個(gè)次級(jí)同時(shí)檢測(cè)到信道空閑且主用戶未占用該信道，則對(duì)應(yīng)信道分配序列中的元素為O ;
Step2、次級(jí)用戶占用信道的概率序列
在一個(gè)周期內(nèi)，通過次級(jí)用戶檢測(cè)信道分配序列:
Step2.1、當(dāng)次級(jí)用戶檢測(cè)信道分配序列中第/7個(gè)元素時(shí)，則停止檢測(cè)，并根據(jù)

【權(quán)利要求】
1.一種認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)性能最優(yōu)檢測(cè)方法，其特征在于:首先根據(jù)/7個(gè)主用戶隨機(jī)占用信道的情況構(gòu)建信道分配序列；然后計(jì)算次級(jí)用戶占用信道的概率序列；接著計(jì)算次級(jí)用戶占用信道時(shí)貢獻(xiàn)的吞吐量序列；再根據(jù)不同的次級(jí)用戶個(gè)數(shù)，形成不同的信道分配序列，分別計(jì)算網(wǎng)絡(luò)吞吐量總和；最后通過對(duì)不同的次級(jí)用戶個(gè)數(shù)獲得的網(wǎng)絡(luò)吞吐量總和進(jìn)行對(duì)比，選取最優(yōu)次級(jí)用戶個(gè)數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)性能最優(yōu)檢測(cè)方法，其特征在于:所述認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)性能最優(yōu)檢測(cè)方法的具體步驟如下: Step 1、構(gòu)建信道分配序列 根據(jù)個(gè)主用戶隨機(jī)占用信道的情況構(gòu)建信道分配序列#= [IZ1，爲(wèi)，…氧]: 如果次級(jí)用戶占用了信道，則對(duì)應(yīng)信道分配序列中的元素為I ; 如果主用戶占用了信道，則對(duì)應(yīng)信道分配序列中的元素為O ; 如果多個(gè)次級(jí)同時(shí)檢測(cè)到信道空閑且主用戶未占用該信道，則對(duì)應(yīng)信道分配序列中的元素為O ; Step2、次級(jí)用戶占用信道的概率序列 在一個(gè)周期內(nèi)，通過次級(jí)用戶檢測(cè)信道分配序列: Step2.1、當(dāng)次級(jí)用戶檢測(cè)信道分配序列中第個(gè)元素時(shí)，則停止檢測(cè)，并根據(jù)^ = C^fj計(jì)算次級(jí)用戶在第1次檢測(cè) 時(shí)能占用第i個(gè)信道的概率；根據(jù)次級(jí)用戶檢測(cè)信道分配序列時(shí)計(jì)算得到的占用某信道的概率，得到占用信道的概率序列/^[Λ，Λ，…A]，i=l, 2，…n, C為常數(shù)； Step2.2、當(dāng)次級(jí)用戶不能檢測(cè)到信道分配序列中第/7個(gè)元素時(shí)，則次級(jí)用戶未能檢測(cè)的元素占用信道的概率為零，并針對(duì)次級(jí)用戶已經(jīng)檢測(cè)到的m個(gè)信道根據(jù)Pi =計(jì)





L-+ln(i)算次級(jí)用戶在第i次檢測(cè)時(shí)能占用第i個(gè)信道的概率；根據(jù)次級(jí)用戶檢測(cè)信道分配序列時(shí)計(jì)算得到的占用某信道的概率，得到占用信道的概率序列…慫]，i=l，2，…C為常數(shù)； Step3、次級(jí)用戶占用信道時(shí)貢獻(xiàn)的吞吐量序列 Step3.1、當(dāng)通過步驟Step2.1計(jì)算得到次級(jí)用戶占用信道的概率序列，則接著根據(jù)鳥=/(OxA(Mi)計(jì)算次級(jí)用戶占用信道時(shí)貢獻(xiàn)的吞吐量，再根據(jù)式.構(gòu)建吞吐量序列


fF ~fjB=LBvB2,…足];其中，/⑴=Y表示次級(jí)用戶占用第i個(gè)信道的效率，r為周期，t為感知時(shí)間，7(?)表不信息傳輸率，i=l, 2，./?； Step3.2、當(dāng)通過步驟Step2.2計(jì)算得到次級(jí)用戶占用信道的概率序列，則接著根據(jù)馬= JCOxi(Mi)計(jì)算次級(jí)用戶占用信道時(shí)貢獻(xiàn)的吞吐量，再根據(jù)及.構(gòu)建吞吐量序列


rj> 4.B-LBvB2,…足];其中，/(i)= f表示次級(jí)用戶占用第i個(gè)信道的效率，r為周期，t為感知時(shí)間，友(?)表不信息傳輸率，i=I，2，；St印4、網(wǎng)絡(luò)吞吐量總和 根據(jù)不同的次級(jí)用戶個(gè)數(shù)，形成不同的信道分配序列，分別計(jì)算網(wǎng)絡(luò)吞吐量總和足》;其中
Step5、最優(yōu)次級(jí)用戶個(gè)數(shù)選取 通過對(duì)不同的次級(jí)用戶個(gè)數(shù)獲得的網(wǎng)絡(luò)吞吐量總和進(jìn)行對(duì)比，選取網(wǎng)絡(luò)吞吐量最大者所對(duì)應(yīng)的次級(jí)用戶個(gè)數(shù)作為最優(yōu)次級(jí)用戶個(gè)數(shù)。
【文檔編號(hào)】H04W24/02GK104202757SQ201410408312
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】邵玉斌, 楊世康, 杜慶治, 龍華 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)