一種時分復用信道時隙劃分方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種時分復用信道時隙劃分方法，包括根據(jù)認知無線網(wǎng)絡(luò)的處理能力和主用戶的最小可分辨流量，確定微時隙的時長，將整個時間幀劃分為微時隙組成的集合；然后對微時隙集合進行分組，獲得時隙集合；并將主用戶的流量按照算法在時隙間進行分配，使得時隙完全占用或空閑。通過本發(fā)明，可以規(guī)范化主用戶的流量分配和時隙占用，避免時隙出現(xiàn)部分占用的情況，簡化無線認知網(wǎng)絡(luò)中的二級用戶對時隙狀態(tài)的檢測，提高對時隙狀態(tài)的檢測效率，降低二級用戶的傳輸控制復雜度。
【專利說明】一種時分復用信道時隙劃分方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，特別涉及一種時分復用信道時隙劃分方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無線通信業(yè)務(wù)需求的快速增長，目前可用的頻譜資源正變得越來越稀缺，越 來越多的用戶，還有眾多新興的無線接入技術(shù)都在試圖使用那些有限且日益擁擠的頻段； 而與此相對的，全球絕大部分授權(quán)頻段的實際頻譜利用率卻很低。
[0003] 為解決上述問題，認知無線電技術(shù)應(yīng)運而生，該技術(shù)的核心是通過對無線環(huán)境的 感知，實現(xiàn)動態(tài)地使用已經(jīng)固定分配給授權(quán)用戶的頻段以及其他空閑頻段以提高現(xiàn)有頻譜 資源的利用率。認知無線網(wǎng)絡(luò)（Cognitive Radio Networks, CRN)則是認知無線電概念的 延伸，新一代的無線通信網(wǎng)絡(luò)將是具有認知能力的認知網(wǎng)絡(luò)，其核心目標之一就是根據(jù)網(wǎng) 絡(luò)環(huán)境和用戶需求，動態(tài)地分配頻譜資源，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)配置的最優(yōu)化。
[0004] 在CRN網(wǎng)絡(luò)中，主用戶（Primary Users，PU)指那些對某段頻譜的使用具有高優(yōu)先 級或合法授權(quán)的用戶，二級用戶（Secondary Users, SU)是指那些低優(yōu)先級的用戶。SU對 頻譜的使用不得對PU造成干擾，因此要求其能快速、可靠地感知TO使用授權(quán)頻譜的情況。 SU必須具備對現(xiàn)有信道占用情況的認知能力，因而也稱其為認知用戶（Cognitive Users)， 在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中則表示為認知節(jié)點。
[0005] 認知網(wǎng)絡(luò)開放式的頻譜使用策略允許網(wǎng)絡(luò)中的SU和授權(quán)系統(tǒng)的PU共享相同的頻 段，根據(jù)和PU達成的協(xié)議以及干擾約束條件，SU可以在不干擾PU的前提下，使用那些未被 PU占用的頻段。從原理來看，認知網(wǎng)絡(luò)中的頻譜共享策略主要分為覆蓋式和疊加式。無論 是覆蓋式還是疊加式，其目標都是在不影響PU的前提下，盡可能提高PU與SU的共享程度、 提高頻率資源利用率。針對這一目標，已有各種文獻提出了多種方案。
[0006] S. Huang 等于 2〇〇8 年在 The27th Conference On ComputerCommunications (美 國電氣和電子工程師協(xié)會計算機通信會議）上發(fā)表的"Opportunistic spectrum access in cognitive radio networks"（認知無線網(wǎng)絡(luò)中的伺機頻譜接入），提出了基于不同 的感知、退避和傳輸機制的三種頻譜接入方案，并給出了對于次級用戶性能的閉式分析。 Anandkumar等于2010年發(fā)表在IEEE INF0C0M(電氣電子工程師協(xié)會計算機通信國際會 議）上的"Opportunistic spectrum access with multiple users ：learning under competition"（多用戶的伺機頻譜接入：考慮用戶競爭的學習算法），研究了如何使多個次 級用戶中合作式分配達到總吞吐量最大，并提出了一種學習機制以分布式的方式達到漸進 式最優(yōu)。但是上述文獻的方法有較強的應(yīng)用局限。
[0007] Ahmad 等于 2〇〇9 年發(fā)表在 Information Theory, IEEE Transactions (美國電 氣和電子工程師協(xié)會信息論）上的"Optimality of myopic sensing in multichannel opportunistic access,，（多頻道伺機接入中短視感知方法的最優(yōu)性），證明了在主用戶 是獨立和同等分布下的馬爾科夫過程模型中，當狀態(tài)變化與時間正相關(guān)時短視感知策略是 最優(yōu)的。Tekin等于2011年在IEEE INF0C0M(電氣電子工程師協(xié)會計算機通信國際會議） 上發(fā)表的 "Online learning in opportunistic spectrum access ：A restless bandit approach,(伺機頻譜接入的在線學習機制），構(gòu)造了一個考慮主用戶頻段時變條件下次級 用戶頻譜接入的在線學習算法。但是上述算法的缺陷在于均采用集中式算法，擁有較高的 運算復雜度以及額外的通信開銷。
[0008] 要達到理想的CRN通信效果，即PU與SU的頻譜共享程度最大化而不又影響PU的 性能，主要挑戰(zhàn)在于SU需要準確和及時地感知PU的忙閑狀態(tài)以及對頻譜的占用情況。現(xiàn) 有技術(shù)大多從提高SU感知能力入手，設(shè)計各種狀態(tài)和頻譜感知算法，以期獲得最高的頻譜 資源利用率。然而，考慮到TO流量的隨機性和突發(fā)性（burstiness)，單純依賴SU的感知能 力，很難取得比較好的感知效果。
[0009] 而現(xiàn)有文獻缺乏利用優(yōu)化TO流量分配改善SU感知效果的做法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點與不足，本發(fā)明提供一種時分復用信道時隙劃分方 法。
[0011] 一種時分復用信道時隙劃分方法，包括如下步驟：
[0012] S1設(shè)當前可用的總帶寬為W，系統(tǒng)的時間幀的時長為TF，根據(jù)無線認知網(wǎng)絡(luò)的處 理能力，按如下公式確定微時隙時長S :
[0013]

【權(quán)利要求】
1. 一種時分復用信道時隙劃分方法，其特征在于，包括如下步驟： S1設(shè)當前可用的總帶寬為W，系統(tǒng)的時間幀的時長為TF，根據(jù)無線認知網(wǎng)絡(luò)的處理能 力，按如下公式確定微時隙時長δ :
其中，Μ為正整數(shù)，每個微時隙的最大傳輸容量為δ w ; S2以δ為單位，將時間幀的時長TF劃分為Ν個微時隙組成的集合S:
其中N為微時隙總數(shù)；/勾為floor函數(shù)，返回小于TF/ δ的最大整數(shù)；T ( τ J是獲 取^時長的函數(shù)，Z代表整數(shù)集； S3選取集合S中的任意一個微時隙作為公共控制時隙，供主用戶傳送控制信息；對集 合S中剩余的N-1個微時隙按照微時隙容量δ的2次方倍進行分組，獲得時隙集合Φ，
其中Μ為數(shù)據(jù)傳輸時隙總數(shù)；Ll〇g2(4 /〇」為f loor函數(shù)，返回小于log2 (V δ )的最 大整數(shù)；Τ ( Θ k)為獲取Θ k時長的函數(shù)， 每個時隙Θ k包含2k個微時隙：
S4從隊列中讀取主用戶在t時刻的流量R(t)，并將R(t)表示成最大微時隙容量δ W 的2次方倍數(shù)的和，BP :
其中，Ik[R(t)]為指示函數(shù),其值為0或
為ceiling函數(shù)，返回大于
的 最小整數(shù)； S5根據(jù)Ik[R(t)]的值，將t時刻讀取的主用戶流量R(t)分配到時隙集Φ的時隙上進 行轉(zhuǎn)發(fā)； S6檢測時間幀內(nèi)的全部時隙狀態(tài)，選擇當前狀態(tài)為空閑的時隙作為二級用戶的數(shù)據(jù)傳 送時隙。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述S5中根據(jù)Ik[R(t)]的值，將t時刻 讀取的主用戶流量R(t)分配到時隙集Φ的時隙上進行轉(zhuǎn)發(fā)，具體方法如下： S5-1，初始狀態(tài)下，令k = M-l，其
，并將當前待分配流量記為V，且 令V = R(t); S5-2,如果Ik[R(t)] = 1，則從V中分配2kSW的流量給時隙Θ,，并更新V為（V-2kSW)， 如果 Ik[R(t)] = 0,則執(zhí)行 S5-3 ; S5-3,如果k>0,則更新k為k-Ι，返回S5-2;否則，將剩余流量V全部分配給時隙θ。， 分配過程結(jié)束。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述S6中按照時間先后的順序檢測時間 幀中的空閑時隙，為無線認知網(wǎng)絡(luò)中的二級用戶傳送數(shù)據(jù)，具體為：二級用戶檢測當前時隙 的占用狀態(tài)，判斷其狀態(tài)是否為"占用";如果是，則跳過，繼續(xù)檢查下一個時隙；如果該時隙 狀態(tài)為"空閑"，則二級用戶占用該時隙；上述過程持續(xù)到集合Φ中全部時隙檢查完畢，或 二級用戶當前所占用的時隙總?cè)萘恳褲M足二級用戶本次傳輸?shù)男枨鬄橹埂?br> 4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述S6中檢測時隙0k的狀態(tài)時，無需逐 一檢測時隙Θ k中所有2k個微時隙，而僅需檢測第一個微時隙rf，其狀態(tài)等同于所屬時隙 Θ k的狀態(tài)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述S1中的微時隙時長δ是在認知無 線網(wǎng)絡(luò)處理能力允許的最優(yōu)值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述S6中，當需要發(fā)送數(shù)據(jù)的二級用戶數(shù) 目多于一個時，需設(shè)立一個訪問代理負責完成時隙狀態(tài)檢測，并協(xié)調(diào)多個二級用戶的資源 請求；所述訪問代理是專職代理，或選擇一個二級用戶節(jié)點兼任。
【文檔編號】H04W16/14GK104144428SQ201410354057
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日
【發(fā)明者】黃松, 鄭心煒 申請人:華南理工大學