一種認知無線電目標信道序列設計方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及目標信道序列設計方法特別設及一種認知無線電目標信道序列設計 方法。
【背景技術】
[0002] 在認知無線電通信系統(tǒng)中，認知用戶通過頻譜檢測獲取授權信道信息，從而使用 處于空閑狀態(tài)的信道。但是，當授權用戶出現時，認知用戶需要毫無條件的退出該信道，此 時將發(fā)生信道的切換，即頻譜切換。目前，在認知無線電研究領域中，頻譜切換主要分為= 種方式：主動式頻譜切換，被動式頻譜切換，混合式頻譜切換。主動式頻譜切換是指認知用 戶在發(fā)生頻譜切換時無需進行頻譜檢測，而是根據目標信道序列依次接入信道，從而提高 頻譜切換性能，保證認知用戶的通信質量。在已有的目標信道序列設計方案中，主要考慮認 知用戶的有效速率和切換時延，并沒有能量效率從而浪費能量，即單位比特數據所消耗的 能量值。然而隨著無線設備的智能化和小型化，能量有效性參數越來越重要。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了解決了認知無線電中認知用戶主動式頻譜切換時目標信道 序列設計中沒有能量效率的問題，而提出的一種認知無線電目標信道序列設計方法。
[0004] 上述的發(fā)明目的是通過W下技術方案實現的：
[000引步驟一、假設認知無線電系統(tǒng)為時隙系統(tǒng)，在給定虛警概率巧檢測概率 的條件下，信道k滿足條件的最小感知時間Tmh(k)表示如下：
[0006]
【主權項】
1. 一種認知無線電目標信道序列設計方法，其特征在于一種認知無線電目標信道序列 設計方法具體是按照以下步驟進行的： 步驟一、假設認知無線電系統(tǒng)為時隙系統(tǒng)，在給定虛警概率和檢測概率的條 件下，信道k滿足條件的最小感知時間kdk)表示如下：
其中，CTH ·)為函數
的逆函數；Yk為認知用戶接收端所接收 信號的信噪比；4為認知用戶抽樣頻率；X為高斯分布中與均值的距離；X為函數自變量，e 為指數基底，t為積分變量； 步驟二、假設認知無線電系統(tǒng)中存在N條信道即信道集合表示為={1，2,，N}，每個認 知用戶在認知無線電系統(tǒng)中都有固定的初始信道；選取認知無線電系統(tǒng)中任意認知用戶 Θ為研宄對象；認知用戶Θ經歷i次中斷后的目標信道為Cf N，則：
其中，E [d((V1, Ci)]表示認知用戶經歷i次中斷所產生的時延期望；表示認 知用戶在(V1= c i情況下目標信道c i上等待的時間期望；]分別表示認知用戶在 c i情況下目標信道c i上等待的時間期望；t s表示認知用戶頻譜切換的時長； 步驟三、：根據強占式續(xù)傳優(yōu)先權M/G/1排隊理論將]和E|747;v ]推導出如下結 論：
其中，L為認知用戶能夠承受的最多中斷次數；'表示未經歷中斷的認知用戶在信道 Ci上的到達率；表示未經歷中斷的認知用戶在信道(U：的服務時長分布；#表示授 權用戶在信道(^上的到達率；^；表示授權用戶在信道Ci上的服務時長分布；分別表 示經歷i次中斷的認知用戶在信道Ci上的到達率；分別表示經歷i次中斷的認知用戶 在信道Ci上的服務時長分布； 步驟四、根據步驟一中最小感知時間TminGO計算公式得到Tmin(Ci),在此基礎上計算 認知用戶經歷i次中斷后總的吞吐量E [Ri]; 步驟五、根據步驟一得到的Tmin(k)以及步驟三得到的計算認知用戶在目標 信道(^上頻譜檢測的能量消耗、數據傳輸的能量消耗./$;和認知用戶從目標信道(V1 切換到Ci所造成的能量損耗J 1()SS (Cp1, Ci) 步驟六、根據E [Ri]、:以及Jltjss ((V1, Ci)推導出關于能效最優(yōu)問題Cf(Ctl)，表 示如下：
其中，C(Ctl) = (C(l，Cl，c2，…，cj表示初始信道為Ctl的一個目標信道序列； e(i+1)XX表 示所有可能的目標信道序列空間，PHl = i}為認知用戶在整個數據傳輸過程發(fā)生i次頻 譜切換的概率，i = 1，2, 3. ..，L ;即完成了一種認知無線電目標信道序列設計方法。
2. 根據權利要求1所述一種認知無線電目標信道序列設計方法，其特征在于：步驟一 中給定虛警概率和檢測概率具體為： 采用能量感知算法，設4 = 〇表示信道k檢測結果為空閑，4 = 1表示信道k檢測結果 為繁忙，因此信道k的虛警概率Ptk和檢測概率P 表示為：
3. 根據權利要求1所述一種認知無線電目標信道序列設計方法，其特征在于：步驟二 中認知無線電系統(tǒng)中存在N條信道的每條信道中有高優(yōu)先級和低優(yōu)先級兩種隊列，授權用 戶進入高優(yōu)先級隊列，認知用戶進入低優(yōu)先級隊列，相同優(yōu)先級隊列中的用戶遵守先到先 服務原則。
4. 根據權利要求1所述一種認知無線電目標信道序列設計方法，其特征在于：步驟四 中根據步驟一中最小感知時間Tmin(k)計算公式得到T min(Ci)，在此基礎上計算認知用戶 經歷i次中斷后總的吞吐量E [Ri]的具體過程為：
其中，SMTi為目標信道^上認知用戶接收端信號信噪比汀為每個時隙的長度，* 一固定值；Γ = -In (1.5BER)/1.5表示頻譜間隙；BER為誤碼率；特別地，在初始信道上 = EpU，C(1為認知用戶Θ的初始信道；B為每個信道的帶寬； (2)根據E [r(Cj)]計算認知用戶經歷i次中斷后總的吞吐量為：
5.根據權利要求1所述一種認知無線電目標信道序列設計方法，其特征在于：步驟五 中根據步驟一得到的Tmin(k)以及步驟三得到的計算認知用戶在目標信道Ci上頻 譜檢測的能量消耗、數據傳輸的能量消耗:和認知用戶從目標信道(V1切換到c i所造 成的能量損耗Jltjss (Ch，Ci)的具體過程為： ⑴計算認知用戶從目標信道Ch切換到c澌造成的能量損耗J 1()SS (Ch，Ci)，如下：
其中，Pha為認知用戶進行頻譜切換時的切換功率；P id為認知用戶處于等待狀態(tài)的待機 功率； (2) 在目標信道Ci上的發(fā)射功率用Pta來表示，則用于數據傳輸的能量消耗為# :
(3) 設PJ%認知用戶的檢測功率，《72為認知用戶在目標信道Ci上頻譜檢測的能量消 耗，表不如下：
【專利摘要】一種認知無線電目標信道序列設計方法，本發(fā)明涉及認知無線電目標信道序列設計方法。本發(fā)明是要解決認知無線電中認知用戶主動式頻譜切換時目標信道序列設計中沒有能量效率的問題，而提出的一種認知無線電目標信道序列設計方法。該方法是通過1、表示最小感知時間τmin(k)；2、得到認知用戶在ci-1＝ci和ci-1≠ci時間期望；3、將和進行推導；4、計算認知用戶經歷i次中斷后總的吞吐量Ε[Ri]；5、計算認知用戶在目標信道ci上的和Jloss(ci-1,ci)6、推導出關于能效最優(yōu)問題C*(c0)等步驟實現的。本發(fā)明應用于認知無線電目標信道序列設計領域。
【IPC分類】H04W16-18, H04W72-14
【公開號】CN104768231
【申請?zhí)枴緾N201510194216
【發(fā)明人】馬琳, 楊小龍, 譚學治, 何晨光
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月22日