專利名稱：一種快速識別認知網(wǎng)絡(luò)信道狀態(tài)的系統(tǒng)及其識別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種識別信號通道狀態(tài)的系統(tǒng)及其方法，具體涉及一種快速識別認知網(wǎng)絡(luò)信道狀態(tài)的系統(tǒng)及其識別方法。
背景技術(shù)：
認知網(wǎng)絡(luò)可以提供動態(tài)的頻譜接入，充分利用頻譜資源，并對頻譜進行有效的管理。認知網(wǎng)絡(luò)通過調(diào)整自身信號的調(diào)制參數(shù)來充分利用空閑的頻譜資源，借用主用戶的授權(quán)頻段進行通信。通常在一個認知網(wǎng)絡(luò)中，一個主用戶和多個認知用戶共用一個頻段，通過網(wǎng)絡(luò)的認知節(jié)點來建立起網(wǎng)絡(luò)用戶間的通信。認知用戶利用空閑頻段進行通信，受到主用戶通信的影響。在主用戶和認知用戶頻譜動態(tài)接入中，普遍存在兩大困難一是如何快速發(fā)現(xiàn)空白信道，進而建立起認知用戶的通信進程；二是怎樣維持認知用戶通信的連貫性，同時避免對主用戶信號通信產(chǎn)生影響(即快速識別出信道中主用戶信號和認知用戶信號混疊現(xiàn)象，即時撤出認知用戶信號)。這些問題都需要對認知網(wǎng)絡(luò)進行協(xié)調(diào)。傳統(tǒng)方法是通過指定一個共用的控制信道達到網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)，但是這一方式需要占用一定的頻譜資源，而且需要與主用戶網(wǎng)絡(luò)協(xié)商進行通信，影響到了主用戶的傳輸。另一種方法是增加信號報頭內(nèi)容，但是這一方式會增加通信設(shè)備的復(fù)雜度，并且降低信息的傳輸速率。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種快速識別認知網(wǎng)絡(luò)信道狀態(tài)的系統(tǒng)及其識別方法在認知網(wǎng)絡(luò)中利用OFDM混合調(diào)制信號傳輸模型，可以快速可靠地區(qū)分信道中的四種不同狀態(tài)。該方法僅改變一路或多路子信道的調(diào)制方式，對現(xiàn)有的發(fā)送和接收設(shè)備不會有太大的改變，設(shè)備較簡單；利用信號的二階循環(huán)平穩(wěn)特性來區(qū)分信道中的四種狀態(tài)。并可以根據(jù)信道中信號的循環(huán)特性計算出信號的標識號，進而判斷認知用戶所屬認知網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明中利用的算法快速收斂，避免了利用高階循環(huán)平穩(wěn)特性算法復(fù)雜的問題。技術(shù)方案為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種快速識別認知網(wǎng)絡(luò)信道狀態(tài)的系統(tǒng)， 是基于OFDM混合調(diào)制信號的認知網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括認知網(wǎng)絡(luò)控制中心、認知用戶信號調(diào)制設(shè)備、認知節(jié)點識別設(shè)備和主用戶信號管理設(shè)備，所述認知網(wǎng)絡(luò)控制中心收集各信道的狀態(tài)信息并通知認知網(wǎng)絡(luò)的認知節(jié)點，認知節(jié)點對信道狀態(tài)進行周期檢測，認知用戶通過特定的混合調(diào)制進行網(wǎng)絡(luò)標識，主用戶通過接入模塊避免認知用戶造成的通信干擾。具體如下(I)認知網(wǎng)絡(luò)控制中心認知網(wǎng)絡(luò)控制中心收集各信道的狀態(tài)信息并通知認知網(wǎng)絡(luò)的認知節(jié)點。如果信道空閑，通過控制中心通知認知用戶進行本網(wǎng)絡(luò)的調(diào)制傳輸；如果信道中有不屬于本網(wǎng)絡(luò)信道的認知信號傳輸，控制中心通知其所屬的認知網(wǎng)絡(luò)，令其退出信道；如果信道中有主用戶通信，控制中心停止認知用戶的傳輸。在該認知網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，控制中心起到核心作用，相當于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的基站。本發(fā)明中，所述的認知網(wǎng)絡(luò)控制中心包括信道狀態(tài)收集模塊、通信信道質(zhì)量評估模塊，通信監(jiān)控模塊、主用戶信號接入模塊、認知用戶通信接入模塊、信道頻譜狀態(tài)池與空閑可用信道池。a.信道狀態(tài)信息收集模塊?？刂浦行耐ㄟ^該模塊收集各個認知節(jié)點對信道的識別結(jié)果，并且進行實時的更新信道頻譜池狀態(tài)。對主用戶與認知用戶混合通信的頻段，由頻譜池進行報警。b.通信信道質(zhì)量評估模塊。對可用通信的空閑頻段進行通信信道質(zhì)量的評估，將滿足認知網(wǎng)絡(luò)通信的信道送入可用信道頻譜池，為認知用戶信號通信提供信道。c.通信監(jiān)控模塊。對認知網(wǎng)絡(luò)規(guī)定頻段范圍內(nèi)的信號進行循環(huán)譜檢測，進而判斷通信信道所屬認知網(wǎng)絡(luò)，方便網(wǎng)絡(luò)的管理，對不屬于本網(wǎng)絡(luò)的認知信號，通知其所屬的認知網(wǎng)絡(luò)，另其退出占用的信道。d.主用戶信號接入模塊。認知網(wǎng)絡(luò)的通信的先決條件是，以不影響主用戶正常通信的準則下進行認知用戶的通信，因此為保證主用戶的通信，對主用戶的發(fā)射功率有一定的最低限度，而對認知用戶的最高發(fā)射功率有一定的限度。在主用戶信號接入認知網(wǎng)絡(luò)時， 認知網(wǎng)絡(luò)控制中心提出最低的主用戶信號發(fā)射功率要求，對能滿足發(fā)射功率要求的信號直接接入，對不能滿足發(fā)射功率的信號，對頻段進行認知網(wǎng)絡(luò)通信頻段保護(對鄰近的發(fā)射頻段留有一定的空隙頻段)。e.認知用戶通信接入模塊。對認知用戶信號進行優(yōu)先級排隊，并對認知用戶占用信道時間進行控制，并為每個認知用戶提供預(yù)留通信信道。在主用戶意外插入通信時，控制中心發(fā)現(xiàn)后，應(yīng)及時的撤出認知用戶信號占用的主用戶頻段，并且使用預(yù)留通信信道，保持認知用戶的通信暢通與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。f.信道頻譜狀態(tài)池。該模塊記錄下了認知網(wǎng)絡(luò)認知能力范圍內(nèi)所有頻段上各種信道中的狀況，包括認知用戶信號所屬的認知網(wǎng)絡(luò)標識號。針對各種狀態(tài)，認知網(wǎng)絡(luò)控制中心作出相應(yīng)的后續(xù)處理,方便認知網(wǎng)絡(luò)中心的管理。g.空閑可用信道池。該模塊為認知網(wǎng)絡(luò)中認知用戶提供可用的頻段資源，認知用戶通過該頻段進行通信。只有空閑可用頻譜池中有可用資源才可以接入認知用戶信號，如果頻譜資源低于一定門限數(shù)量，將不再接入任何認知用戶通信。由上述可知，認知網(wǎng)絡(luò)控制中心是連接外圍設(shè)備的中心，對認知網(wǎng)絡(luò)通信的穩(wěn)定與信息的安全起到主導(dǎo)作用。(2)認知用戶信號調(diào)制設(shè)備一般情況下，要調(diào)制的信息通常為平穩(wěn)隨機過程，信息經(jīng)過周期調(diào)制，調(diào)制信號變?yōu)檠h(huán)平穩(wěn)信號。在認知網(wǎng)絡(luò)中，認知用戶信號通過其獨特的調(diào)制信號特性來標記自己所在認知網(wǎng)絡(luò)，如同在傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，通過唯一的網(wǎng)絡(luò)IP號標記網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行通信。在認知網(wǎng)絡(luò)中，考慮到認知網(wǎng)絡(luò)安全性與獨特性，本發(fā)明提出一種新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備標記方式，通過信道的循環(huán)譜物理特性，可以快速的識別出網(wǎng)絡(luò)標記號，保證了認知網(wǎng)絡(luò)的唯一識別性。 具體標識如下OFDM信號經(jīng)過信道復(fù)用，時域信號可以表示為
權(quán)利要求
1.一種快速識別認知網(wǎng)絡(luò)信道狀態(tài)的系統(tǒng)，其特征在于包括認知網(wǎng)絡(luò)控制中心、認知用戶信號調(diào)制設(shè)備、認知節(jié)點識別設(shè)備和主用戶信號管理設(shè)備，所述認知網(wǎng)絡(luò)控制中心收集各信道的狀態(tài)信息并通知認知網(wǎng)絡(luò)的認知節(jié)點，認知節(jié)點對信道狀態(tài)進行周期檢測， 認知用戶通過特定的混合調(diào)制進行網(wǎng)絡(luò)標識，主用戶通過接入模塊避免認知用戶造成的通信干擾。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的快速識別認知網(wǎng)絡(luò)信道狀態(tài)的系統(tǒng)，其特征在于所述認知網(wǎng)絡(luò)控制中心包括以下模塊信道狀態(tài)收集模塊，收集各個認知節(jié)點對信道的識別結(jié)果，并且進行實時的更新信道頻譜池狀態(tài)；信道質(zhì)量評估模塊，對可用通信的空閑頻段進行通信信道質(zhì)量的評估，將滿足認知網(wǎng)絡(luò)通信的信道送入可用信道頻譜池，為認知用戶信號通信提供信道；通信監(jiān)控模塊，對認知網(wǎng)絡(luò)規(guī)定頻段范圍內(nèi)的信號進行循環(huán)譜檢測，進而判斷通信信道所屬認知網(wǎng)絡(luò)，方便網(wǎng)絡(luò)的管理，對不屬于本網(wǎng)絡(luò)的認知信號，通知其所屬的認知網(wǎng)絡(luò)， 另其退出占用的信道；主用戶信號接入模塊，對能滿足發(fā)射功率要求的信號直接接入，對不能滿足發(fā)射功率的信號，對頻段進行認知網(wǎng)絡(luò)通信頻段保護；認知用戶通信接入模塊，對認知用戶信號進行優(yōu)先級排隊，并對認知用戶占用信道時間進行控制，并為每個認知用戶提供預(yù)留通信信道；信道頻譜狀態(tài)池，記錄認知網(wǎng)絡(luò)認知能力范圍內(nèi)所有頻段上各種信道中的狀況，包括認知用戶信號所屬的認知網(wǎng)絡(luò)標識號；空閑可用信道池，為認知用戶提供可用的頻段資源，認知用戶通過該頻段進行通信。
3.一種基于權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)的識別方法，其特征在于，包括以下步驟a)認知節(jié)點識別各信道狀態(tài)，認知節(jié)點對指定信道中的信號進行抽樣、相關(guān)處理和循環(huán)譜分析，通過信號循環(huán)譜的不同將信道分成空閑信道、認知用戶通信信道、主用戶通信信道與混合通信信道，并通過信道的循環(huán)譜分析認知信號的所屬網(wǎng)絡(luò)標識號，并將收集的信息一起發(fā)送到控制中心；b)控制中心收集各信道狀態(tài)信息，并將狀態(tài)信息寫入信道狀態(tài)頻譜池中，對空閑的信道進行信道質(zhì)量評估，并對各信道進行通信監(jiān)控；對混合通信的信道停止認知信號的傳輸， 并進行狀態(tài)更新，將可用信道寫入到空閑可用頻段，通過主控制處理器進行狀態(tài)的及時的更新，為認知用戶信號傳輸提供更多資源；c)如果可用空閑頻段資源空閑，那么由控制中心安排認知用戶接入，并且要求認知用戶按照認知網(wǎng)絡(luò)控制中心提供的認知網(wǎng)絡(luò)標識號進行混合映射調(diào)制，按照標記信號對子信道進行特定的映射調(diào)制，經(jīng)過周期混合后成具有特定循環(huán)特性的OFDM信號；認知用戶進行混合映射調(diào)制后通過控制中心數(shù)字與模擬轉(zhuǎn)換模塊進行解調(diào)信息，由控制中心安排通信頻段，并再次進行標記號混合調(diào)制后經(jīng)過認知發(fā)射天線進行認知用戶的通信；d)認知網(wǎng)絡(luò)對主用戶通信的發(fā)射功率提出要求，以免意外通信造成的通信干擾使主用戶無法進行通信；對認知用戶發(fā)射功率進行限制，保護主用戶通信正常。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的識別方法，其特征在于所述OFDM信號經(jīng)過信道復(fù)用，時域信號可以表示為式中Ts為OFDM符號的周期，W = TS+TP為時間窗函數(shù)，其中Tp是循環(huán)前綴的時間，rk為頻段內(nèi)子信道上信號碼元的取值，K是OFDM信號中子載波的數(shù)量；在一個OFDM符號周期內(nèi)對不同的子載波信道進行不同的映射調(diào)制，經(jīng)過周期性、不同映射調(diào)制的OFDM信號具有特定循環(huán)平穩(wěn)特性，該信號的時域表達式為其中r是標記頻段Pk的標記碼,!^表示認知用戶數(shù)據(jù)序列,W表示窗函數(shù)；對上述時域信號求譜相關(guān)函數(shù)，為碼元取值的均值L·」表示取下整數(shù)，τ表示為符號周期，At表示為信號的時長，*表示復(fù)數(shù)取共軛，f表示為頻譜，S為時間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種快速識別認知網(wǎng)絡(luò)信道狀態(tài)的系統(tǒng)及其識別方法，在認知網(wǎng)絡(luò)中利用OFDM混合調(diào)制信號傳輸模型，可以快速可靠地區(qū)分信道中的四種不同狀態(tài)，僅改變一路或多路子信道的調(diào)制方式，對現(xiàn)有的發(fā)送和接收系統(tǒng)不會有太大的改變，系統(tǒng)較簡單；本發(fā)明利用信號的二階循環(huán)平穩(wěn)特性來區(qū)分信道中的四種狀態(tài)，并可以根據(jù)信道中信號的循環(huán)特性計算出信號的標識號，進而判斷認知用戶所屬認知網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明可以解決認知信號快速識別的問題，保證主用戶通信的安全性與認知網(wǎng)絡(luò)通信鏈路的暢通性。
文檔編號H04L5/00GK102594536SQ20121002837
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者葉芝慧, 彭文攀 申請人:南京大學(xué)