一種認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中頻譜按需分配方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中頻譜按需分配方法，包括如下步驟：（1）、用戶分類；（2）、認(rèn)知無(wú)線電用戶選擇；（3）、認(rèn)知開啟用戶選擇（4）、感知用戶選擇；（5）、頻譜按需分配。裝有開關(guān)可控智能模塊的次級(jí)用戶可以根據(jù)其對(duì)頻譜資源的實(shí)時(shí)需求決定是否開啟開關(guān)可控智能模塊。開啟開關(guān)可控智能模塊的次級(jí)用戶可以在不干擾主用戶正常通信的前提下使用授權(quán)頻譜。其余次級(jí)用戶均在非授權(quán)頻段上通信。通過(guò)感知用戶選擇算法在開啟開關(guān)可控智能模塊的次級(jí)用戶選擇部分用戶進(jìn)行頻譜認(rèn)知。本發(fā)明有效的解決了傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中非授權(quán)頻段的通信擁擠問(wèn)題以及傳統(tǒng)認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中次級(jí)用戶存在的不必要的設(shè)備花費(fèi)，能量耗損和設(shè)備復(fù)雜性等問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中頻譜按需分配方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中頻譜按需分配方法，屬于無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)線電頻譜資源是通過(guò)專門的無(wú)線電管理機(jī)構(gòu)來(lái)分配和管理的。目前頻譜分配都是固定的。整個(gè)頻譜資源被分為兩個(gè)部分:授權(quán)頻譜和非授權(quán)頻譜。大部分頻譜資源都被用來(lái)作為授權(quán)頻段，如電視廣播頻段。而非授權(quán)頻段的資源要少的多，如近期快速發(fā)展的無(wú)線城域網(wǎng)(WMAN)、無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)和無(wú)線個(gè)域網(wǎng)(WPAN)。對(duì)于非授權(quán)頻段上的使用者而言，他們不需要向無(wú)線電管理機(jī)構(gòu)申請(qǐng)頻譜使用許可證，從而非授權(quán)頻段的商業(yè)價(jià)值得以充分的開發(fā)。由于近年來(lái)非授權(quán)頻段上的通信設(shè)備及應(yīng)用的增多，非授權(quán)頻段上的通信已日趨于飽和，而對(duì)授權(quán)頻段的頻譜資源的利用率卻是非常非常低的。綜上所述，頻譜資源面臨著這樣的一個(gè)問(wèn)題，即授權(quán)頻譜的利用率非常低，與此同時(shí)，非授權(quán)頻譜資源上的通信越來(lái)越擁擠。為了解決上述問(wèn)題，認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)是解決頻譜利用不平衡這一問(wèn)題的一種很有前景的解決方法。在認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中，授權(quán)頻譜的持有者被叫做主用戶，沒(méi)有分配授權(quán)頻譜的用戶叫做次級(jí)用戶。主用戶具有使用授權(quán)頻譜的優(yōu)先權(quán)。次級(jí)用戶不能使用主用戶正在使用的授權(quán)頻譜。若主用戶想重新使用正在被次級(jí)用戶使用的授權(quán)頻譜時(shí)，次級(jí)用戶必須空出授權(quán)頻譜。次級(jí)用戶在授權(quán)頻譜上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，必須保證不干擾主用戶在授權(quán)頻譜上的正常數(shù)據(jù)傳輸。
[0003]為了認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的實(shí)施，研宄者們已經(jīng)提出了一些認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)。這些認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)可以分為三大類:認(rèn)知蜂窩網(wǎng)絡(luò)，認(rèn)知ad hoc網(wǎng)絡(luò)，混合網(wǎng)絡(luò)。在認(rèn)知蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，次級(jí)用戶之間的通信是通過(guò)單跳傳輸連接到基站來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種通信方式限制了系統(tǒng)的容量，并且增加了次級(jí)用戶的能量消耗。在認(rèn)知ad hoc網(wǎng)絡(luò)中，沒(méi)有集中式的基礎(chǔ)設(shè)施，數(shù)據(jù)包通常需要經(jīng)過(guò)多個(gè)次級(jí)用戶之間的轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)其目的節(jié)點(diǎn)。以上提到的體系結(jié)構(gòu)中的次級(jí)用戶都裝有認(rèn)知無(wú)線電模塊。認(rèn)知無(wú)線電模塊可以在很寬的頻段上感知到空閑的授權(quán)頻譜，選擇出未被利用的授權(quán)頻譜，從而可以使得次級(jí)用戶在不干擾主用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)那疤嵯?，在未被利用的授?quán)頻譜上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。認(rèn)知無(wú)線電模塊的應(yīng)用需要在硬件設(shè)計(jì)及信號(hào)處理方面做出巨大的努力。因此，必定會(huì)給次級(jí)用戶帶來(lái)大量的花費(fèi)，增加了設(shè)備的復(fù)雜性。同時(shí)，由于認(rèn)知無(wú)線電模塊具有認(rèn)知及重構(gòu)等性能，必然給認(rèn)知無(wú)線電用戶帶來(lái)巨大的能量耗損。
[0004]目前針對(duì)認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的體系結(jié)構(gòu)的相關(guān)研宄文獻(xiàn)如下:
[0005]1.Kaigui Bian 等人在 2011 年的《IEEE INF0C0M》上發(fā)表的文章"AsynchronousChannel Hopping for Establishing Rendezvous in Cognitive Rad1 Networks"中使用的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)機(jī)會(huì)主義的頻譜共享網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。在這一認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，次級(jí)用戶都裝有認(rèn)知無(wú)線模塊，都具有授權(quán)頻譜的使用權(quán)。
[0006]2.Lanjie Zhai 在 2012 年的《IEEE Globecom》上發(fā)表的文章"Coalit1n GraphGame for Joint Relay Select1n and Resource Allocat1n in Cooperative CognitiveRad1 Networks"中使用的是基于基礎(chǔ)設(shè)施的單點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的OFDMA合作認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。這一認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)包括主用戶，認(rèn)知接入點(diǎn)和次級(jí)用戶。
[0007]3.Bin Cao 在 2013 年的《IEEE INF0C0M》上發(fā)表的文章"On OptimalCommunicat1n Strategies for Cooperative Cognitive Rad1 Networking"中使用的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)是由一個(gè)主網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)次級(jí)網(wǎng)絡(luò)組成的。主網(wǎng)絡(luò)是由主用戶和一個(gè)主基站組成的。次級(jí)網(wǎng)絡(luò)是由次級(jí)用戶和次級(jí)接入點(diǎn)組成的。
[0008]4.Teng Wei 等人在 2013 年的《IEEE ICC》上發(fā)表的文章"Opportunistic Accessfor Cooperative Cognitive Rad1 Networks with Requirement Constraint"中使用的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是由主用戶，次級(jí)用戶及接入點(diǎn)等組成的。主用戶和次級(jí)用戶通過(guò)TDMA的方式與接入點(diǎn)進(jìn)行通信。
[0009]5.Hao Yue 等人在 2013 年的《IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS INCOMMUNICAT1NS》上發(fā)表的文章"Spectrum and Energy Efficient Relay Stat1nPlacement in Cognitive Rad1 Networks"中擴(kuò)展了其提出的復(fù)雜的CCH體系結(jié)構(gòu)。CCH體系結(jié)構(gòu)包含四種類型的實(shí)體:一個(gè)SSP (次級(jí)服務(wù)提供者)，BSs (基站)，RSs (中繼站)以及次級(jí)用戶。SSP是一個(gè)獨(dú)立的無(wú)線服務(wù)提供者，它擁有自己的頻譜?；局g是通過(guò)高速的電纜連接的，次級(jí)用戶可以與基站進(jìn)行通信，以便進(jìn)一步與因特網(wǎng)或其他數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。為了便于次級(jí)用戶接入，SSP部署了很多的RSs。BSs和RSs都裝有認(rèn)知無(wú)線電模塊。次級(jí)用戶是可以使用任何接入技術(shù)的設(shè)備接入BS或RS。BSs和RSs擁有認(rèn)知功能，可以使用授權(quán)頻譜進(jìn)行彼此之間的通信。次級(jí)用戶沒(méi)有認(rèn)知功能，它們不能夠利用授權(quán)頻譜。BSs和RSs收集可利用的頻譜信息和次級(jí)用戶的服務(wù)需求，然后將收集到的信息傳遞給SSP0 SSP收集可利用的頻譜信息并且將最佳的可利用頻譜分配給BSs和RSs。與此同時(shí)，SSP引導(dǎo)次級(jí)用戶接入到它們附近的router (BSs或RSs)。CCH將次級(jí)用戶設(shè)備的復(fù)雜性轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。CCH旨在減小次級(jí)用戶的復(fù)雜性及能量損耗。然而，次級(jí)用戶自身不能夠使用授權(quán)頻譜，并且CCH給認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了很多額外的基礎(chǔ)設(shè)施。
[0010]在總結(jié)這些研宄的基礎(chǔ)上，可以看出當(dāng)前認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中存在以下主要問(wèn)題:
[0011]1.很多文章中使用的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)都包括基礎(chǔ)設(shè)施?；A(chǔ)設(shè)施的部署及維護(hù)會(huì)給認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)巨大的花費(fèi)。
[0012]2.大部分文章都認(rèn)為認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中所有的次級(jí)用戶都裝有認(rèn)知無(wú)線電模塊。然而，認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的次級(jí)用戶安裝認(rèn)知無(wú)線電模塊，必然會(huì)給次級(jí)用戶帶來(lái)很大的設(shè)備花費(fèi)，并且很大程度上增加了設(shè)備的復(fù)雜性。從次級(jí)用戶對(duì)頻譜的需求方面考慮，并不是所有次級(jí)用戶都有意愿去安裝認(rèn)知無(wú)線電模塊。
[0013]3.大部分文章都認(rèn)為認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中所有的次級(jí)用戶都進(jìn)行頻譜感知。然而，次級(jí)用戶進(jìn)行頻譜感知必然會(huì)消耗大量的能量。因此，若次級(jí)用戶自身沒(méi)有數(shù)據(jù)需要傳輸，沒(méi)有對(duì)授權(quán)頻譜使用的需求，為了節(jié)約能量，次級(jí)用戶沒(méi)有必要實(shí)施認(rèn)知功能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明設(shè)計(jì)出一種基于次級(jí)用戶頻譜需求的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中的次級(jí)用戶可以根據(jù)其自身對(duì)頻譜資源的需求、自身花費(fèi)及能量方面的權(quán)衡，決定是否安裝開關(guān)可控智能模塊。安裝開關(guān)可控智能模塊的次級(jí)用戶可以實(shí)時(shí)的根據(jù)其自身對(duì)頻譜資源的需求決定是否開啟開關(guān)可控智能模，最終實(shí)現(xiàn)部分次級(jí)用戶使用授權(quán)頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，部分次級(jí)用戶使用非授權(quán)頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。通過(guò)感知選擇算法在開啟開關(guān)可控智能模的次級(jí)用戶中選擇部分滿足一定條件的次級(jí)用戶進(jìn)行認(rèn)知功能，最終實(shí)現(xiàn)部分開啟開關(guān)可控智能模的次級(jí)用戶進(jìn)行認(rèn)知功能，部分開啟開關(guān)可控智能模的次級(jí)用戶無(wú)需進(jìn)行認(rèn)知功能。從而在解決傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中頻譜利用不平衡的問(wèn)題的同時(shí)，解決了現(xiàn)有認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中存在的不必要的基礎(chǔ)設(shè)施及設(shè)備花費(fèi)，能量耗損等問(wèn)題。
[0015]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0016]一種認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)體系中次級(jí)用戶頻譜需求分配方法，包括如下步驟:
[0017](I)、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中用戶分類
[0018]分為主用戶和次級(jí)用戶，所述次級(jí)用戶分為認(rèn)知無(wú)線電用戶和非認(rèn)知無(wú)線電用戶，所述認(rèn)知無(wú)線電用戶裝有開關(guān)可控智能模塊，開關(guān)可控智能模塊包括認(rèn)知功能模塊和重構(gòu)功能模塊，所述非認(rèn)知無(wú)線電用戶使用非授權(quán)頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不需要執(zhí)行認(rèn)知無(wú)線電特有的功能；
[0019](2)、認(rèn)知無(wú)線電用戶選擇
[0020]次級(jí)用戶計(jì)算其自身參數(shù)值，決定是否安裝開關(guān)可控智能模塊；次級(jí)用戶根據(jù)是否安裝開關(guān)可控智能模塊分為認(rèn)知無(wú)線電用戶和非認(rèn)知無(wú)線電用戶；
[0021](3)、認(rèn)知開啟用戶選擇
[0022]開關(guān)可控智能模塊計(jì)算認(rèn)知無(wú)線電用戶的參數(shù)值，認(rèn)知無(wú)線電用戶根據(jù)開關(guān)可控智能模塊的開關(guān)狀態(tài)分為認(rèn)知開啟用戶和認(rèn)知關(guān)閉用戶；
[0023](4)、感知用戶選擇
[0024]認(rèn)知開啟用戶通過(guò)感知用戶選擇階段分為感知用戶和非感知用戶，若認(rèn)知開啟用戶在感知用戶選擇階段被選為感知用戶，則開啟其開關(guān)可控智能模塊的認(rèn)知功能模塊和重構(gòu)功能模塊；若認(rèn)知開啟用戶在感知用戶選擇階段沒(méi)有被選為感知用戶，而是非感知用戶，則開啟其開關(guān)可控智能模塊的重構(gòu)功能模塊，關(guān)閉開關(guān)可控智能模塊的認(rèn)知功能模塊；
[0025](5)、頻譜按需分配
[0026]主用戶全部使用授權(quán)頻譜進(jìn)行通信，認(rèn)知開啟用戶可以在特定的環(huán)境下使用授權(quán)頻譜，認(rèn)知開啟用戶只可以使用未被主用戶占用的授權(quán)頻譜，并且，當(dāng)主用戶想使用正在被認(rèn)知開啟用戶使用的授權(quán)頻譜時(shí)，認(rèn)知開啟用戶必須及時(shí)空出正在使用的授權(quán)頻譜，以便不干擾主用戶的正常傳輸，認(rèn)知開啟用戶在授權(quán)頻譜上的傳輸必須保證不干擾主用戶在授權(quán)頻譜上的正常數(shù)據(jù)傳輸，認(rèn)知關(guān)閉用戶和非認(rèn)知無(wú)線電用戶不能夠使用授權(quán)頻譜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，只能使用非授權(quán)頻段進(jìn)行通信。
[0027]上述步驟(2)中次級(jí)用戶的計(jì)算方法如下:
[0028](a)、計(jì)算AS-yE-yC，其中S為認(rèn)知無(wú)線電用戶所需頻譜帶寬的預(yù)測(cè)值，E為開關(guān)可控智能模塊能量消耗的預(yù)測(cè)值，C為安裝開關(guān)可控智能模塊的花費(fèi)，λ，μ，γ為S和E，C各自的權(quán)重參數(shù)；
[0029](b)、比較的大小，其中，Ta為判斷次級(jí)用戶是否安裝開關(guān)可控智能模塊的閾值，若AS-yE-yC多Ta，則安裝開關(guān)可控智能模塊，次級(jí)用戶為認(rèn)知無(wú)線電用戶；若ASlE-YC < Ta，不安裝開關(guān)可控智能模塊，次級(jí)用戶為非認(rèn)知無(wú)線電用戶。
[0030]上述步驟(3)中開關(guān)可控智能模塊的計(jì)算方法如下:
[0031](a)、計(jì)算λ S-μ VEs-oE,，其中S為認(rèn)知無(wú)線電用戶實(shí)時(shí)所需頻譜帶寬，Es為認(rèn)知無(wú)線電用戶執(zhí)行認(rèn)知功能會(huì)產(chǎn)生的能量消耗的預(yù)測(cè)值，民為認(rèn)知無(wú)線電用戶執(zhí)行重構(gòu)功能會(huì)產(chǎn)生的能量消耗的預(yù)測(cè)值，V為認(rèn)知無(wú)線電用戶被選為感知用戶的概率，λ，μ，ο為S和Es, 各自的權(quán)重參數(shù)；
[0032](b)、比較λ S- μ vEs-oErig T t的大小，其中，T 判斷認(rèn)知無(wú)線電模塊是否開啟的閾值，若AS-UvEs-O^彡Tt，則開啟開關(guān)可控智能模塊，認(rèn)知無(wú)線電用戶為認(rèn)知開啟用戶；若λ S-μ vEs_o^< Tt，開關(guān)可控智能模塊則處于關(guān)閉狀態(tài)，認(rèn)知無(wú)線電用戶為認(rèn)知關(guān)閉用戶。
[0033]本發(fā)明所達(dá)到的有益效果:
[0034](I)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的基于次級(jí)用戶頻譜需求的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是屬于不依賴于基礎(chǔ)設(shè)施的分布式的認(rèn)知Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有任何基礎(chǔ)設(shè)施，因此，解決了認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中基礎(chǔ)設(shè)施的部署及維護(hù)所帶來(lái)的不必要的花費(fèi)；
[0035](2)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的基于次級(jí)用戶頻譜需求的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的次級(jí)用戶可以根據(jù)自身頻譜需求決定是否安裝開關(guān)可控智能模塊。這種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)大大減少了安裝認(rèn)知無(wú)線電模塊給次級(jí)用戶帶來(lái)的不必要的花費(fèi)及設(shè)備的復(fù)雜性；
[0036](3)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的基于次級(jí)用戶頻譜需求的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，裝有開關(guān)可控只能模塊的次級(jí)用戶也可以根據(jù)自身頻譜需求決定是否開啟認(rèn)知無(wú)線電模塊，并且選擇部分認(rèn)知開啟用戶進(jìn)行頻譜感知，大大減少了所有次級(jí)用戶都進(jìn)行頻譜感知帶來(lái)的能量耗損。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0037]圖1為本發(fā)明的基于次級(jí)用戶頻譜需求的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的次級(jí)用戶組成示意圖；
[0038]圖2為本發(fā)明的基于次級(jí)用戶頻譜需求的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖3為非認(rèn)知無(wú)線電用戶的物理平臺(tái)結(jié)構(gòu)；
[0040]圖4為認(rèn)知關(guān)閉用戶的物理平臺(tái)結(jié)構(gòu)；
[0041]圖5為感知用戶的物理平臺(tái)結(jié)構(gòu)；
[0042]圖6為非感知用戶的物理平臺(tái)結(jié)構(gòu)；
[0043]圖7為本發(fā)明的基于次級(jí)用戶頻譜需求的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中開關(guān)可控智能模塊的工作原理流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0045]如圖1所示，一種認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)體系中次級(jí)用戶頻譜需求分配方法，包括如下步驟:
[0046](I)、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中用戶分類
[0047]分為主用戶和次級(jí)用戶，所述次級(jí)用戶分為認(rèn)知無(wú)線電用戶和非認(rèn)知無(wú)線電用戶，所述認(rèn)知無(wú)線電用戶裝有開關(guān)可控智能模塊，開關(guān)可控智能模塊包括認(rèn)知功能模塊和重構(gòu)功能模塊，所述非認(rèn)知無(wú)線電用戶使用非授權(quán)頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不需要執(zhí)行認(rèn)知無(wú)線電特有的功能；
[0048](2)、認(rèn)知無(wú)線電用戶選擇
[0049]次級(jí)用戶計(jì)算其自身參數(shù)值，決定是否安裝開關(guān)可控智能模塊；次級(jí)用戶根據(jù)是否安裝開關(guān)可控智能模塊分為認(rèn)知無(wú)線電用戶和非認(rèn)知無(wú)線電用戶；
[0050](3)、認(rèn)知開啟用戶選擇
[0051]開關(guān)可控智能模塊計(jì)算認(rèn)知無(wú)線電用戶的參數(shù)值，認(rèn)知無(wú)線電用戶根據(jù)開關(guān)可控智能模塊的開關(guān)狀態(tài)分為認(rèn)知開啟用戶和認(rèn)知關(guān)閉用戶；
[0052](4)、感知用戶選擇
[0053]認(rèn)知開啟用戶通過(guò)感知用戶選擇階段分為感知用戶和非感知用戶，若認(rèn)知開啟用戶在感知用戶選擇階段被選為感知用戶，則開啟其開關(guān)可控智能模塊的認(rèn)知功能模塊和重構(gòu)功能模塊；若認(rèn)知開啟用戶在感知用戶選擇階段沒(méi)有被選為感知用戶，而是非感知用戶，則開啟其開關(guān)可控智能模塊的重構(gòu)功能模塊，關(guān)閉開關(guān)可控智能模塊的認(rèn)知功能模塊；
[0054](5)、頻譜按需分配
[0055]主用戶全部使用授權(quán)頻譜進(jìn)行通信，認(rèn)知開啟用戶可以在特定的環(huán)境下使用授權(quán)頻譜，認(rèn)知開啟用戶只可以使用未被主用戶占用的授權(quán)頻譜，并且，當(dāng)主用戶想使用正在被認(rèn)知開啟用戶使用的授權(quán)頻譜時(shí)，認(rèn)知開啟用戶必須及時(shí)空出正在使用的授權(quán)頻譜，以便不干擾主用戶的正常傳輸，認(rèn)知開啟用戶在授權(quán)頻譜上的傳輸必須保證不干擾主用戶在授權(quán)頻譜上的正常數(shù)據(jù)傳輸，認(rèn)知關(guān)閉用戶和非認(rèn)知無(wú)線電用戶不能夠使用授權(quán)頻譜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，只能使用非授權(quán)頻段進(jìn)行通信。
[0056]上述步驟⑵中次級(jí)用戶的計(jì)算方法如下:
[0057](a)、計(jì)算AS-yE-yC，其中S為認(rèn)知無(wú)線電用戶所需頻譜帶寬的預(yù)測(cè)值，E為開關(guān)可控智能模塊能量消耗的預(yù)測(cè)值，C為安裝開關(guān)可控智能模塊的花費(fèi)，λ，μ，γ為S和E，C各自的權(quán)重參數(shù)；
[0058](b)、比較的大小，其中，Ta為判斷次級(jí)用戶是否安裝開關(guān)可控智能模塊的閾值，若AS-yE-yC多Ta，則安裝開關(guān)可控智能模塊，次級(jí)用戶為認(rèn)知無(wú)線電用戶；若ASiE-YC < Ta，不安裝開關(guān)可控智能模塊，次級(jí)用戶為非認(rèn)知無(wú)線電用戶。
[0059]如圖2所示，本發(fā)明提出的基于次級(jí)用戶頻譜需求的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)由兩大網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成:即主網(wǎng)絡(luò)和次級(jí)網(wǎng)絡(luò)。頻譜監(jiān)管分配機(jī)構(gòu)會(huì)將授權(quán)頻譜固定的分配給主用戶，主用戶都使用授權(quán)頻譜進(jìn)行通信，主用戶具有授權(quán)頻譜使用的優(yōu)先權(quán)。本發(fā)明的基于次級(jí)用戶頻譜需求的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的授權(quán)頻譜只有在未被主用戶占用的情況下，認(rèn)知開啟用戶才可以使用。并且，當(dāng)主用戶想使用正在被認(rèn)知開啟用戶使用的授權(quán)頻譜時(shí)，認(rèn)知開啟用戶必須及時(shí)空出正在使用的授權(quán)頻譜，以便不干擾主用戶的正常傳輸。認(rèn)知開啟用戶在授權(quán)頻譜上的傳輸必須保證不干擾主用戶在授權(quán)頻譜上的正常數(shù)據(jù)傳輸。，認(rèn)知關(guān)閉用戶和非認(rèn)知無(wú)線電用戶不能夠使用授權(quán)頻譜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，只能使用非授權(quán)頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0060]如圖3、圖4、圖5、圖6所示，所有次級(jí)用戶都是主要通過(guò)射頻前端模塊，數(shù)模模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，調(diào)制解調(diào)模塊，信道編碼解碼模塊，成幀模塊，數(shù)據(jù)處理模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)通信功能的。各類次級(jí)用戶完成通信所需通信模塊的主要區(qū)別在于:
[0061]1.射頻前端模塊:認(rèn)知關(guān)閉用戶，感知用戶，非感知用戶的射頻前端模塊除了完成不同頻段的寬帶射頻信號(hào)和中頻信號(hào)之前的轉(zhuǎn)換外，還需要有能力協(xié)助甚至單獨(dú)完成寬帶頻譜感知等認(rèn)知無(wú)線電特有的功能。認(rèn)知無(wú)線電特有功能的協(xié)助或是單獨(dú)實(shí)現(xiàn)是靠射頻前端模塊中的認(rèn)知無(wú)線電特有功能實(shí)現(xiàn)模塊完成的。非認(rèn)知無(wú)線電用戶的射頻前端模塊不需要擁有完成認(rèn)知無(wú)線電特有功能的能力。射頻前端模塊中的認(rèn)知無(wú)線電特有功能實(shí)現(xiàn)模塊是可以智能的開啟或關(guān)閉。認(rèn)知關(guān)閉用戶的射頻前端模塊中的認(rèn)知無(wú)線電特有功能實(shí)現(xiàn)模塊處于關(guān)閉狀態(tài)。非感知用戶的射頻前端模塊的認(rèn)知無(wú)線電特有功能實(shí)現(xiàn)模塊處于開啟狀態(tài)，只協(xié)助完成認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的重構(gòu)功能。感知用戶的認(rèn)知無(wú)線電特有功能實(shí)現(xiàn)模塊處于開啟狀態(tài)，協(xié)助甚至單獨(dú)完成包括認(rèn)知功能及重構(gòu)功能等所有認(rèn)知無(wú)線電特有的功會(huì)K。
[0062]2.數(shù)模模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)處理模塊:非認(rèn)知無(wú)線電用戶，認(rèn)知關(guān)閉用戶，感知用戶，非感知用戶的數(shù)模模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)處理模塊的作用和性能指標(biāo)基本相同。
[0063]3.調(diào)制解調(diào)模塊，信道編碼解碼模塊，成幀模塊，開關(guān)可控智能模塊:非認(rèn)知無(wú)線電用戶的物理平臺(tái)結(jié)構(gòu)不包括開關(guān)可控智能模塊。因此，非認(rèn)知無(wú)線電用戶的調(diào)制解調(diào)模塊，信道編碼解碼模塊，成幀模塊不受開關(guān)可控智能模塊的控制，不需要輔助完成認(rèn)知無(wú)線電特有的功能。認(rèn)知關(guān)閉用戶，感知用戶，非感知用戶的物理平臺(tái)結(jié)構(gòu)中包括開關(guān)可控智能模塊。認(rèn)知關(guān)閉用戶中的開關(guān)可控智能模塊處于關(guān)閉狀態(tài)，不需要完成認(rèn)知無(wú)線電特有的功能。因此，認(rèn)知關(guān)閉用戶中的調(diào)制解調(diào)模塊，信道編碼解碼模塊，成幀模塊同樣不需要輔助完成認(rèn)知無(wú)線電特有的功能。感知用戶的開關(guān)可控智能模塊處于開啟狀態(tài)，進(jìn)行頻譜感知，頻譜分析，頻譜判決等所有認(rèn)知無(wú)線電特有的功能。感知用戶中的調(diào)制解調(diào)模塊，信道編碼解碼模塊，成幀模塊需要輔助完成所有認(rèn)知無(wú)線電特有的功能。非感知用戶的開關(guān)可控智能模塊處于半開啟狀態(tài)，不進(jìn)行頻譜感知，頻譜分析，頻譜判決。非感知用戶從感知用戶那里得到可利用的頻譜信息，開關(guān)可控智能模塊根據(jù)可利用的頻譜信息控制調(diào)制解調(diào)模塊，信道編碼解碼模塊，成幀模塊輔助完成參數(shù)重構(gòu)這一認(rèn)知無(wú)線電特有功能。
[0064]如圖7所示，本發(fā)明提出的基于次級(jí)用戶頻譜需求的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的開啟可控智能模塊工作原理如下:
[0065]1.認(rèn)知無(wú)線電用戶計(jì)算λ S-μ VEs-OEy其中S為認(rèn)知無(wú)線電用戶實(shí)時(shí)所需頻譜帶寬，Es為認(rèn)知無(wú)線電用戶執(zhí)行認(rèn)知功能會(huì)產(chǎn)生的能量消耗的預(yù)測(cè)值，E $認(rèn)知無(wú)線電用戶執(zhí)行重構(gòu)功能會(huì)產(chǎn)生的能量消耗的預(yù)測(cè)值，V為認(rèn)知無(wú)線電用戶被選為感知用戶的概率，λ，μ，ο為S和Es，^各自的權(quán)重參數(shù)。比較λ S-μ vEs-oEr與Tt的大小，其中，T ,為判斷認(rèn)知無(wú)線電模塊是否開啟的閾值。若λ S-μ VEs-O^多T t，則開啟可控智能模塊；若λ S- μ vEs-oEr< T t，開關(guān)可控智能模塊則處于關(guān)閉狀態(tài)。
[0066]2.認(rèn)知開啟用戶進(jìn)行感知用戶選擇階段。認(rèn)知開啟用戶通過(guò)感知用戶選擇算法在認(rèn)知開啟用戶中選擇部分滿足一定條件的感知用戶。若認(rèn)知開啟用戶在感知用戶選擇階段被選為感知用戶，則開啟其開關(guān)可控智能模塊的認(rèn)知功能模塊和重構(gòu)功能模塊；若認(rèn)知開啟用戶在感知用戶選擇階段沒(méi)有被選為感知用戶，而是非感知用戶，則開啟其開關(guān)可控智能模塊的重構(gòu)功能模塊，關(guān)閉開關(guān)可控智能模塊的認(rèn)知功能模塊。
[0067]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中頻譜按需分配方法，其特征在于包括如下步驟: (1)、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中用戶分類 分為主用戶和次級(jí)用戶，所述次級(jí)用戶分為認(rèn)知無(wú)線電用戶和非認(rèn)知無(wú)線電用戶，所述認(rèn)知無(wú)線電用戶裝有開關(guān)可控智能模塊，開關(guān)可控智能模塊包括認(rèn)知功能模塊和重構(gòu)功能模塊，所述非認(rèn)知無(wú)線電用戶使用非授權(quán)頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不需要執(zhí)行認(rèn)知無(wú)線電特有的功能； (2)、認(rèn)知無(wú)線電用戶選擇 次級(jí)用戶計(jì)算其自身參數(shù)值，決定是否安裝開關(guān)可控智能模塊；次級(jí)用戶根據(jù)是否安裝開關(guān)可控智能模塊分為認(rèn)知無(wú)線電用戶和非認(rèn)知無(wú)線電用戶； (3)、認(rèn)知開啟用戶選擇 開關(guān)可控智能模塊計(jì)算認(rèn)知無(wú)線電用戶的參數(shù)值，認(rèn)知無(wú)線電用戶根據(jù)開關(guān)可控智能模塊的開關(guān)狀態(tài)分為認(rèn)知開啟用戶和認(rèn)知關(guān)閉用戶； (4)、感知用戶選擇 認(rèn)知開啟用戶通過(guò)感知用戶選擇階段分為感知用戶和非感知用戶，若認(rèn)知開啟用戶在感知用戶選擇階段被選為感知用戶，則開啟其開關(guān)可控智能模塊的認(rèn)知功能模塊和重構(gòu)功能模塊；若認(rèn)知開啟用戶在感知用戶選擇階段沒(méi)有被選為感知用戶，而是非感知用戶，則開啟其開關(guān)可控智能模塊的重構(gòu)功能模塊，關(guān)閉開關(guān)可控智能模塊的認(rèn)知功能模塊； (5)、頻譜按需分配 主用戶全部使用授權(quán)頻譜進(jìn)行通信，認(rèn)知開啟用戶可以在特定的環(huán)境下使用授權(quán)頻譜，認(rèn)知開啟用戶只可以使用未被主用戶占用的授權(quán)頻譜，并且，當(dāng)主用戶想使用正在被認(rèn)知開啟用戶使用的授權(quán)頻譜時(shí)，認(rèn)知開啟用戶必須及時(shí)空出正在使用的授權(quán)頻譜，以便不干擾主用戶的正常傳輸，認(rèn)知開啟用戶在授權(quán)頻譜上的傳輸必須保證不干擾主用戶在授權(quán)頻譜上的正常數(shù)據(jù)傳輸，認(rèn)知關(guān)閉用戶和非認(rèn)知無(wú)線電用戶不能夠使用授權(quán)頻譜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，只能使用非授權(quán)頻段進(jìn)行通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中頻譜按需分配方法，其特征在于所述步驟(2)中次級(jí)用戶的計(jì)算方法如下: (2a)、計(jì)算λ S- μ E- γ C，其中S為認(rèn)知無(wú)線電用戶所需頻譜帶寬的預(yù)測(cè)值，E為開關(guān)可控智能模塊能量消耗的預(yù)測(cè)值，C為安裝開關(guān)可控智能模塊的花費(fèi)，λ，μ，γ為S和E，C各自的權(quán)重參數(shù)； (2b)、比較λ S- μ E- γ C與Ta的大小，其中，T a為判斷次級(jí)用戶是否安裝開關(guān)可控智能模塊的閾值，若AS-UE-YC^Ta，則安裝開關(guān)可控智能模塊，次級(jí)用戶為認(rèn)知無(wú)線電用戶；若λ S- μ E- γ C < Ta，不安裝開關(guān)可控智能模塊，次級(jí)用戶為非認(rèn)知無(wú)線電用戶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中頻譜按需分配方法，其特征在于所述步驟(3)中開關(guān)可控智能模塊的計(jì)算方法如下: (3a)、計(jì)算AS-yvEs-oEr，其中S為認(rèn)知無(wú)線電用戶實(shí)時(shí)所需頻譜帶寬，Es為認(rèn)知無(wú)線電用戶執(zhí)行認(rèn)知功能會(huì)產(chǎn)生的能量消耗的預(yù)測(cè)值，民為認(rèn)知無(wú)線電用戶執(zhí)行重構(gòu)功能會(huì)產(chǎn)生的能量消耗的預(yù)測(cè)值，V為認(rèn)知無(wú)線電用戶被選為感知用戶的概率，λ，μ，ο為S和Es，各自的權(quán)重參數(shù)； (3b)、比較λ S- μ vEs-oEr與T t的大小，其中，T t為判斷認(rèn)知無(wú)線電模塊是否開啟的閾值，若AS-UvEs-OE^ Tt，則開啟開關(guān)可控智能模塊，認(rèn)知無(wú)線電用戶為認(rèn)知開啟用戶；若λ S- μ vEs-oEr< T t，開關(guān)可控智能模塊則處于關(guān)閉狀態(tài)，認(rèn)知無(wú)線電用戶為認(rèn)知關(guān)閉用戶。
【文檔編號(hào)】H04W16/14GK104519496SQ201410775187
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】韓光潔, 李傲寒 申請(qǐng)人:河海大學(xué)常州校區(qū)