專利名稱：一種多用戶認知無線電網(wǎng)絡中的被動協(xié)同頻譜感知方法
技術領域：
本發(fā)明是一種多用戶認知無線電網(wǎng)絡中的被動協(xié)同頻譜感知方法，屬于認知無線電領域。
背景技術：
隨著無線通信技術的發(fā)展，通信性能與資源開銷之間的矛盾越來越突出，頻譜資源的稀缺性以及靜態(tài)頻譜分配策略的低效性日趨明顯，認知無線電作為提高頻譜利用率的新技術成為研究的熱點?！罢J知無線電”最早是由Jewph Mitola博士于1999年提出來的，它以軟件無線電為擴展平臺，是一種新的智能無線通信技術。它能夠感知周圍的無線環(huán)境，通過對環(huán)境的理 解、主動學習來實時調(diào)整傳輸參數(shù)等以適應外部無線環(huán)境的變化。一般來說，認知無線電應該具備這些功能第一，能夠?qū)o線傳輸場景進行分析，有效估計干擾溫度和可靠地檢測出頻譜空穴。第二，信道狀態(tài)的估計及其容量的預測。第三，功率控制和動態(tài)頻譜管理。認知無線電中，認知用戶作為第二用戶只能利用法定授權的第一用戶未使用的頻段，一旦發(fā)現(xiàn)第一用戶時，需要在規(guī)定的時間退出該頻段而切換到其他未使用的空白頻段，以避免對第一用戶造成干擾。因此，頻譜感知技術是認知無線電實現(xiàn)的前提和關鍵。頻譜感知技術有兩種基本方案一種是主動頻譜感知方案，即使SU沒有數(shù)據(jù)需要傳輸，也會執(zhí)行周期性檢測，從而獲得信道使用的統(tǒng)計特征，當SU需要傳輸數(shù)據(jù)時，基于統(tǒng)計信息可縮短可用信道的搜索時延。然而周期性檢測頻譜會消耗大量能量，尤其當用戶不需要傳輸數(shù)據(jù)時也要經(jīng)常損耗能量，對用戶不公平。一種是被動頻譜感知方案，SU只有在有數(shù)據(jù)需要傳輸時才依次檢測所有授權信道，直至發(fā)現(xiàn)一條空閑信道，而沒有獲得信道使用的統(tǒng)計特征。由于傳輸需求的突發(fā)性，在缺乏信道使用統(tǒng)計信息的情況下，SU無法選擇最佳信道進行檢測，只能隨機選擇信道，增加了可用信道的搜索時延，不僅錯失頻譜機會還可能導致與PU之間的沖突。

發(fā)明內(nèi)容
技術目標本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術中的缺點，提供一種多用戶認知無線電網(wǎng)絡中的被動協(xié)同頻譜感知方法。本方法通過將頻譜感知工作放到通信完成后進行，為其他認知節(jié)點做協(xié)同感知服務，在保證協(xié)同頻譜感知精度的前提下，縮短了認知用戶由需要數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇梢赃M行數(shù)據(jù)傳輸之間的時延，提高了檢測效率，尤其是在授權用戶切換信道頻率較高時，有效避免認知用戶對授權用戶造成的干擾，同時只有需要通信的用戶才會進行頻譜感知工作，大幅度且人性化地降低了認知網(wǎng)絡的能耗。使用條件在本發(fā)明的一種多用戶認知無線電網(wǎng)絡中的被動協(xié)同頻譜感知方法中，當處在以下情境中，認知用戶和數(shù)據(jù)融合中心啟用該方法I)當認知無線電網(wǎng)絡是一個大網(wǎng)絡，有大量的授權信道可供通信，并且授權用戶對信道的利用不充分，有一定數(shù)量的信道可供認知用戶伺機使用且認知用戶對信道進行了充分利用時，認知用戶和數(shù)據(jù)融合中心啟用該方法；2)在一個比較有規(guī)模的認知無線電網(wǎng)絡中，授權用戶和認知用戶都有比較頻繁的切換速率，則認知用戶和數(shù)據(jù)融合中心啟用該方法。為了達到上述的目的，本發(fā)明采用如下技術方案在本發(fā)明的一種多用戶認知無線電網(wǎng)絡中的被動協(xié)同頻譜感知方法中，數(shù)據(jù)融合中心將隨時根據(jù)完成通信的認知用戶的感知結果進行數(shù)據(jù)融合及信道判決，及時更新全網(wǎng)信道信息，供有通信需求的認知用戶使用。一種多用戶認知無線電網(wǎng)絡中的被動協(xié)同頻譜感知方法，包括如下工作過程1)FC(數(shù)據(jù)融合中心)通過初始化或者SU(認知用戶)的感知信息及時更新信道 狀態(tài)，擁有準確的、最新的信道占用信息；2)認知網(wǎng)絡中出現(xiàn)一個SU有數(shù)據(jù)需要傳輸，此SU向FC發(fā)送查詢網(wǎng)絡中當前信道狀態(tài)請求；3)FC接到查詢請求后將此時刻FC掌握的信道占用信息下發(fā)給SU ；4) SU根據(jù)FC下發(fā)的信道占用信息，選擇某一個未被占用信道進行通信，同時將自身即將使用的信道信息反饋給FC ；5) SU開始進行數(shù)據(jù)傳輸，在傳輸過程中始終保持對整個網(wǎng)絡信道的監(jiān)聽；6)當SU數(shù)據(jù)傳輸完畢或者有PU加入網(wǎng)絡并要占用SU當前使用信道時，SU立即跳出當前信道；7)如果SU是數(shù)據(jù)傳輸完畢，則進行一次全網(wǎng)的頻譜感知工作并將結束通信信息附帶感知內(nèi)容發(fā)送至FC，如果SU是因為PU的出現(xiàn)而退出信道，則將被迫退出信道信息附帶退出時的監(jiān)聽結果發(fā)送至FC。在上述的多用戶認知無線電網(wǎng)絡中的被動協(xié)同頻譜感知方法中，在所述步驟(I)中，因為FC中信息落后而對造成影響時FC才調(diào)用SU單純做感知工作以便更新信道信息，對于I3U受到多少影響FC才會調(diào)用SU由PU的容忍程度決定。在上述多用戶認知無線電網(wǎng)絡中的被動協(xié)同頻譜感知方法中，在所述步驟(3)中的FC向SU下發(fā)信道狀態(tài)的信息為收到SU查詢信息時的信道狀態(tài)信息，即使在收到查詢請求和下發(fā)信道信息之間又收到其他SU反饋的信道信息，F(xiàn)C也不會對下發(fā)信息做任何改動。在上述的多用戶認知無線電網(wǎng)絡中的被動協(xié)同頻譜感知方法中，在所述步驟(4)中，SU向FC反饋使用信道信息應與SU使用信道通信同步或有個微小時延，并且反饋信息使用報告信道，而數(shù)據(jù)傳輸使用數(shù)據(jù)信道。在上述的多用戶認知無線電網(wǎng)絡中的被動協(xié)同頻譜感知方法中，所述步驟(4)中，如果SU根據(jù)FC下發(fā)的可用信道選擇某條信道通信，而因為誤檢或信息更新不及時等原因?qū)е滦诺啦豢捎?，SU也需立即向FC反饋更新信道信息并重新查詢。在上述的多用戶認知無線電網(wǎng)絡中的被動協(xié)同頻譜感知方法中，所述步驟(7)中，通信中斷、被迫退出信道的SU需要從步驟(2)重新執(zhí)行，但相比其他剛開始通信請求的SU有優(yōu)先權。有益效果采用了該多用戶認知無線電網(wǎng)絡中的被動協(xié)同頻譜感知方法，在SU需要數(shù)據(jù)傳輸時，既保證了協(xié)同頻譜感知的精確性，又縮短了頻譜感知時延，降低SU對PU可能造成的影響，提高頻譜檢測效率；有數(shù)據(jù)傳輸要求的SU才會進行感知工作，不需要全網(wǎng)SU持續(xù)進行頻譜檢測，有效降低了網(wǎng)絡平均能耗，并且通信次數(shù)多的SU多感知，通信次數(shù)少的SU少感知，符合公平原則。


圖I是本發(fā)明的多用戶認知無線電網(wǎng)絡中的被動協(xié)同頻譜感知方法的SU查詢可用信道示意圖，SU1、SU2、SU3通信完成后進行感知為SUO數(shù)據(jù)傳輸前的信道查詢服務；圖2是本發(fā)明的多用戶認知無線電網(wǎng)絡中的被動協(xié)同頻譜感知方法的SU工作時序圖，F(xiàn)C通過異步方式接收SU的感知結果并進行信道更新；圖3是本發(fā)明的多用戶認知無線電網(wǎng)絡中的被動協(xié)同頻譜感知方法的導致FC更新信道信息不及時的示意圖，此時需要FC調(diào)用部分SU進行頻譜感知以便更新信道信息； 圖4是本發(fā)明的多用戶認知無線電網(wǎng)絡中的被動協(xié)同頻譜感知方法的流程圖。
具體實施例方式為了更清楚地理解本發(fā)明的技術內(nèi)容，特舉以下實施例詳細說明。請參閱圖I及圖4所示，為本發(fā)明所提供的一種多用戶認知無線電網(wǎng)絡中的被動協(xié)同頻譜感知方法的一種協(xié)同工作和實施方式的流程圖。假設應用實例一個認知無線電網(wǎng)絡，網(wǎng)絡初始化已經(jīng)完成，網(wǎng)絡中PU以及SU已經(jīng)進入正常工作狀態(tài)，F(xiàn)C擁有最新的信道使用信息。其具體實施方式
描述如下I)某個或者某幾個SU完成通信后進行頻譜感知工作，并將頻譜感知結果發(fā)送至FC ；2)FC收到SU發(fā)送的頻譜感知結果后立即在后臺進行數(shù)據(jù)融合工作，此工作不受任何外界因素影響，除非FC再次進行初始化；3)FC利用其后臺數(shù)據(jù)融合結果更新信道使用情況的數(shù)據(jù)庫，供SU查詢；4)在某時刻T，有一個SU(為了作為區(qū)別，我們記為SU0，如圖I所示)需要利用認知頻段進行通信；5) SUO向FC發(fā)送查詢可用信道信息請求；6) FC在Tl時刻接收到SUO的查詢請求，將此時FC中信道使用情況數(shù)據(jù)庫中可用信道信息打包發(fā)送給SU0，無論此時FC后臺是否正在進行數(shù)據(jù)融合，其打包發(fā)送的信息為Tl時刻數(shù)據(jù)庫中的靜態(tài)信息；7) SUO接收到FC下發(fā)的信道信息后，選擇可用信道CHl. 4(如圖I所示)進行通信，并將信道占用情況反饋給FC，供FC更新信道信息的數(shù)據(jù)庫；8) SUO在通信過程中需要監(jiān)聽網(wǎng)絡變化直到通信結束，如果通信過程中有需要使用CHl. 4信道，則SUO需要立即進行信道切換讓出CHl. 4信道；9)無論SUO進行了信道切換還是完成通信，只要停止了對CHl. 4信道的占用，就需要在停止占用時刻進行全網(wǎng)的頻譜感知，將網(wǎng)絡中的信道狀態(tài)信息上報給FC ；10) FC接收到SUO的上報信息后重復步驟⑵；11)當FC中信道信息由于更新不及時而對造成影響，并超過PU容忍限度的時候，F(xiàn)C調(diào)用SU進行頻譜感知并進行信道更新和網(wǎng)絡初始化，然后重復步驟(I)。采用了該發(fā)明的一種多用戶認知無線電網(wǎng)絡中的被動協(xié)同頻譜感知方法，認知用戶SU在使用認知網(wǎng)絡信道前不再需要進行頻譜感知工作，而只需要通過向數(shù)據(jù)融合中心FC查詢，來確定使用未被主用戶PU占用的信道，SU從需要通信到能夠通信之間的時延得到了縮短。此外，該方法改變了數(shù)據(jù)融合中心的融合機制，異步融合機制去除了同步機制對頻譜感知結果的時間等待，保證了信道信息的實時性。在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的而非限制性的。·
權利要求
1.一種多用戶認知無線電網(wǎng)絡中的被動協(xié)同頻譜感知方法，所述的認知無線電協(xié)同頻譜感知網(wǎng)絡包括主用戶PU即頻帶授權用戶、次用戶SU即認知用戶和數(shù)據(jù)融合中心FC，所述協(xié)同頻譜感知方法包括以下步驟 DSU只能在ro不占用頻譜的時間段內(nèi)伺機接入頻譜進行通信，當某個SU需要進行數(shù)據(jù)通信，便向FC查詢可用信道信息； 2)在這個SU查詢可用信道信息之前的小段時間內(nèi)，會有其他若干SU完成通信和頻譜感知工作并向FC進行了上報，F(xiàn)C根據(jù)這些信息進行數(shù)據(jù)融合和信道判決； 3)SU根據(jù)FC中信道判決結果選擇合適信道進行數(shù)據(jù)通信； 4)SU在通信過程中要監(jiān)聽已分配信道的信道狀態(tài)，當PU要使用該分配的信道時，SU要及時跳出已分配通信信道并向FC反饋，同時返回步驟I)； 5)SU通信結束后進行頻譜感知工作并將感知結果提交給FC以供步驟2)使用，其中步驟4)中的被迫跳出可視為SU多階段通信中的一個階段通信結束，也要進行頻譜感知工作，并將感知結果提交給FC以供步驟2)； 6)SU完成步驟5)后進入待機狀態(tài)，如果有再次通信需求則只需從步驟I)重復上述步驟，其中上述再次通信需求包括上述被迫跳出通信過程后繼續(xù)要通信的情況； 上述協(xié)同頻譜感知方法進一步包括如下步驟當SU對頻譜利用很低時，導致FC中的信道信息更新不及時，F(xiàn)C要在網(wǎng)絡初始化或者信息更新不及時導致對造成很大干擾的時刻調(diào)動一部分SU進行頻譜感知來更新FC中的信道信息。
2.根據(jù)權利I所述的一種多用戶認知無線電網(wǎng)絡中的被動協(xié)同頻譜感知方法，其特征在于，需要通信的SU完全置信協(xié)同SU的感知結果，在通信之前不需要經(jīng)歷漫長的頻譜感知時間、數(shù)據(jù)融合時間和信道判決時間，直接向FC詢問當前可用信道信息并進行通信，通信完成后進行感知工作為其他SU服務。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多用戶認知無線電網(wǎng)絡中的被動協(xié)同頻譜感知方法。該方法在基于能量的頻譜檢測的基礎上，將通過“先感知后通信”的認知通信方式變?yōu)椤跋韧ㄐ藕蟾兄昭a償”的方式，優(yōu)化了認知無線電通信過程中的以下幾個問題(1)去除了次用戶通信之前的頻譜感知時間，頻譜感知工作將在通信結束后進行，縮短了“需要通信”到“能夠通信”之間的總時延，大大提高了頻譜檢測效率；(2)總時延的縮短能夠進一步減少在感知時延內(nèi)出現(xiàn)的主用戶的數(shù)量，降低對主用戶的干擾；(3)只要求進行通信的次用戶進行頻譜感知，不需要全網(wǎng)次用戶都進行感知，降低網(wǎng)絡能耗；(4)“誰通信誰感知”符合公平原則，避免了不通信卻需要感知用戶對認知無線電的抵觸。
文檔編號H04B17/00GK102932801SQ201210491138
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月27日 優(yōu)先權日2012年11月27日
發(fā)明者溫志剛, 鄒俊偉, 吳岳辛, 范春曉, 張曉瑩, 劉杰, 慕明君 申請人:北京郵電大學