專利名稱：認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種空閑信道搜索方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特別用于認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中空閑信道的搜索方法，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，可用于分配的頻譜資源越來(lái)越少，新的無(wú)線通信技術(shù)面臨沒(méi)有頻譜可用的局面，美國(guó)聯(lián)邦通信管理委員會(huì)(FCC)做了一份調(diào)查顯示70% 已分配的頻譜沒(méi)有得到充分利用，為了解決頻譜利用率低的問(wèn)題誕生了認(rèn)知無(wú)線電技術(shù) (Cognitive Radio，CR)，通過(guò)機(jī)會(huì)式頻譜共享方式實(shí)現(xiàn)頻譜的共享。CR用戶對(duì)周圍無(wú)線頻譜占用情況的準(zhǔn)確、快速檢測(cè)是提高頻譜利用率同時(shí)保護(hù)授權(quán)用戶免受干擾的重要前提和核心環(huán)節(jié)，所以頻譜檢測(cè)是CR —項(xiàng)至關(guān)重要的技術(shù)。物理層檢測(cè)方法主要有以下幾種能量檢測(cè)法、匹配濾波器檢測(cè)法、特征檢測(cè)法等。但在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，憑借單純的物理層檢測(cè)算法對(duì)于提高頻譜利用率以及保護(hù)授權(quán)用戶都有一定的局限性。所以有必要采用基于MAC層的CR檢測(cè)機(jī)制對(duì)檢測(cè)參數(shù)進(jìn)行選取和優(yōu)化，快速發(fā)現(xiàn)頻譜空穴，提高CR用戶對(duì)頻譜的檢測(cè)性能和效率。根據(jù)CR用戶檢測(cè)時(shí)機(jī)的不同，頻譜檢測(cè)模式可分為按需檢測(cè)和周期性檢測(cè)。按需檢測(cè)是在CR用戶有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時(shí)才檢測(cè)信道，周期性檢測(cè)則是CR用戶按一定的周期檢測(cè)信道。由于CR用戶通過(guò)周期性檢測(cè)可獲得信道狀態(tài)的先驗(yàn)信息，CR用戶可借助該信息指導(dǎo)檢測(cè)算法快速發(fā)現(xiàn)并定位空閑信道，從而使搜索到空閑信道的時(shí)延大大降低，使CR用戶自身業(yè)務(wù)的平均中斷概率最小化，故CR中多采用周期性頻譜檢測(cè)。周期性頻譜檢測(cè)中涉及兩個(gè)非常重要的參數(shù)檢測(cè)周期和檢測(cè)時(shí)間，近些年的研究中頻譜檢測(cè)都是基于周期感知幀結(jié)構(gòu)，在每一幀中包含一個(gè)檢測(cè)時(shí)間塊和一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間塊，若CR用戶在檢測(cè)時(shí)間塊內(nèi)檢測(cè)到信道是空閑狀態(tài)，則利用數(shù)據(jù)發(fā)送塊發(fā)送數(shù)據(jù)。 檢測(cè)周期太小，CR用戶頻繁檢測(cè)信道，消耗不必要的能量；檢測(cè)周期太大，導(dǎo)致許多空閑頻譜都沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)，同時(shí)授權(quán)用戶再次出現(xiàn)的概率變大，碰撞概率變大。檢測(cè)時(shí)間太小導(dǎo)致過(guò)高的虛警概率使檢測(cè)質(zhì)量下降；檢測(cè)時(shí)間太大雖可提高檢測(cè)質(zhì)量，但用于數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)間太少，頻譜的利用率大大降低。在固定檢測(cè)時(shí)間且保證授權(quán)用戶得到充分保護(hù)基礎(chǔ)上，可以優(yōu)化檢測(cè)周期來(lái)最大化系統(tǒng)歸一化吞吐量。也可以從不同檢測(cè)階段出發(fā)優(yōu)化檢測(cè)時(shí)間在搜索空閑信道階段， 從最小化平均搜索時(shí)間來(lái)優(yōu)化；在周期性頻譜檢測(cè)階段，從最大化可獲得的平均吞吐量進(jìn)行優(yōu)化。在授權(quán)用戶得到充分保護(hù)情況下，可以最優(yōu)化檢測(cè)時(shí)間使CR系統(tǒng)的有效吞吐量最大，并且應(yīng)用分布式頻譜檢測(cè)方法可以使性能進(jìn)一步提升。但是很少討論當(dāng)授權(quán)用戶再次出現(xiàn)時(shí)，CR用戶如何搜索新的空閑信道使搜索到空閑信道的時(shí)延最小。有研究給出了最小化CR用戶搜索新空閑信道時(shí)延的方法按照檢測(cè)時(shí)刻信道空閑的概率降序排列后搜索信道。本發(fā)明在上述研究基礎(chǔ)上考慮了下述情況若在檢測(cè)時(shí)刻該信道的空閑概率很大，則CR用戶優(yōu)先檢測(cè)該信道，但是該信道的信道利用率很高(即授
3權(quán)用戶頻繁使用該信道)，CR用戶可能只使用該信道很短時(shí)間就必須重新搜索其他信道， 如此反而增加了搜索次數(shù)，影響通信質(zhì)量。所以必須考慮信道利用率因素，檢測(cè)時(shí)刻信道空閑概率大，并且信道利用率小的信道才是我們首選的空閑信道。本發(fā)明首先引入信道空閑概率和信道利用率兩個(gè)參數(shù)，使其構(gòu)成空閑信道選擇函數(shù)，然后提出了最小化搜索空閑信道時(shí)延算法
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的在于提供一種認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中空閑信道搜索優(yōu)化方法，使搜索到第一個(gè)空閑信道的時(shí)延大大降低且使次用戶自身業(yè)務(wù)的平均中斷概率最小化。該方法引入信道空閑概率和信道利用率兩個(gè)參數(shù)，使其構(gòu)成空閑信道選擇函數(shù)，基于該函數(shù)獲得使空閑信道搜索時(shí)延最小化的方法。技術(shù)方案本發(fā)明的目的在于提供一種認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中空閑信道搜索優(yōu)化方法，該方法首先引入信道空閑概率和信道利用率兩個(gè)參數(shù)，使其構(gòu)成空閑信道選擇函數(shù)，基于該函數(shù)實(shí)現(xiàn)最小化搜索空閑信道時(shí)延方法。該方法使搜索到第一個(gè)空閑信道的時(shí)延大大降低且使次用戶自身業(yè)務(wù)的平均中斷概率最小化。該方法包括以下步驟a.計(jì)算信道在檢測(cè)時(shí)刻、的信道空閑概率，假設(shè)次用戶在、時(shí)刻正使用信道m(xù)， 次用戶采用周期性頻譜檢測(cè)方式，在、時(shí)刻檢測(cè)到主用戶重新占用信道m(xù)，為了不與主用戶發(fā)生碰撞，次用戶立刻退出信道m(xù)，搜索其他空閑信道，令Δ =；b.令信道總數(shù)為N，計(jì)算信道i，i = l，2，...m-l，m+l，...，N，在Δ時(shí)間內(nèi)狀態(tài)變?yōu)榭臻e的概率，設(shè)在Δ時(shí)間內(nèi)信道狀態(tài)一直為空閑的概率為《⑷，一直為忙的概率為^⑷， 由忙變?yōu)榭臻e的概率為《⑷，則
權(quán)利要求
1. 一種認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中空閑信道的搜索方法，其特征在于該方法包括以下步驟a.計(jì)算信道在檢測(cè)時(shí)刻、的信道空閑概率，假設(shè)次用戶在、時(shí)刻正使用信道m(xù)，次用戶采用周期性頻譜檢測(cè)方式，在t2時(shí)刻檢測(cè)到主用戶重新占用信道m(xù)，為了不與主用戶發(fā)生碰撞，次用戶立刻退出信道m(xù)，搜索其他空閑信道，令Δ =；b.令信道總數(shù)為N，計(jì)算信道i，i= 1，2，...m-l，m+l，...，N，在Δ時(shí)間內(nèi)狀態(tài)變?yōu)榭臻e的概率，設(shè)在Δ時(shí)間內(nèi)信道狀態(tài)一直為空閑的概率為《⑷，一直為忙的概率為《(△)，由忙變?yōu)榭臻e的概率為《⑷，則
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)中最優(yōu)空閑信道搜索方法，具體步驟如下根據(jù)主用戶對(duì)信道占用的特性計(jì)算信道利用率以及該時(shí)刻信道空閑概率；綜合考慮信道利用率和信道空閑概率因素，構(gòu)建信道選擇函數(shù)，計(jì)算信道在該時(shí)刻的信道選擇函數(shù)值；將這些信道選擇函數(shù)值進(jìn)行降序排列，按照降序排列后的信道順序檢測(cè)，直到檢測(cè)到第一個(gè)空閑信道時(shí)停止搜索；若未搜索到空閑信道，次用戶等待一段時(shí)間后檢測(cè)原先占用信道是否空閑，若空閑則使用該信道，若信道繁忙則進(jìn)行下一輪搜索。使用該優(yōu)化算法可以大大降低搜索到第一個(gè)空閑信道的時(shí)延，從而使次用戶自身業(yè)務(wù)的平均中斷概率最小化。
文檔編號(hào)H04L25/02GK102413078SQ20111035152
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者葉軍, 朱洪波, 朱琦, 楊龍祥 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)