一種基于認(rèn)知ofdm的頻譜接入方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線通信接入領(lǐng)域，尤其涉及一種無線網(wǎng)絡(luò)的接入方法用以實(shí)現(xiàn)快速接入，同時(shí)提高頻帶利用率。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來無線通信的高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用使得頻譜稀缺的問題日益加劇，無線通信需要占用頻譜資源，傳統(tǒng)固定的頻譜資源劃分導(dǎo)致頻譜已經(jīng)成為一種稀缺資源。目前已經(jīng)分配的頻譜在大多數(shù)地方以及大多數(shù)時(shí)間的頻譜利用率卻很低，而與此同時(shí)，無需授權(quán)頻段的頻譜利用率卻很高。絕大部分已經(jīng)分配的頻譜無論是在時(shí)間上還是空間上都利用不足。
[0003]為了解決現(xiàn)有頻譜利用率較低與頻譜資源稀缺的矛盾，認(rèn)知無線電技術(shù)被提出，其核心思想在于認(rèn)知用戶(次級(jí)用戶)可以在頻譜資源擁有者(主用戶)沒有占用信道時(shí)，動(dòng)態(tài)接入主用戶所擁有信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但是不能對(duì)主用戶的傳輸進(jìn)行較大干擾。認(rèn)知無線電在軟件無線電技術(shù)基礎(chǔ)上提出，主要強(qiáng)調(diào)通信系統(tǒng)的認(rèn)知能力，認(rèn)知功能主要體現(xiàn)在其學(xué)習(xí)與推理能力及人工智能技術(shù)等方面，突出認(rèn)知無線電通信系統(tǒng)能夠通過學(xué)習(xí)等環(huán)節(jié)，不斷感知無線通信環(huán)境的變化，并通過自適應(yīng)地調(diào)整自身內(nèi)部的通信參數(shù)來適應(yīng)無線環(huán)境的變化。
[0004]無線傳輸采用認(rèn)知無線電的思想，系統(tǒng)無需固定信道，通過頻譜感知及動(dòng)態(tài)接入來實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)可靠傳輸，即保證對(duì)已有網(wǎng)絡(luò)的干擾限制，同時(shí)也增加了自身系統(tǒng)的抗干擾能力。達(dá)到既能滿足移動(dòng)監(jiān)控的快速部署，又能滿足視頻信息無線傳輸?shù)膶?shí)時(shí)可靠高效傳輸，躲避電磁干擾，提高頻譜利用率的目的。
[0005]0FDM作為一種多載波調(diào)制技術(shù)，具有良好的抗噪聲性能和抗多徑能力，具備高速率資料傳播的能力，被認(rèn)為是4G移動(dòng)通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。認(rèn)知0FDM作為融合認(rèn)知無線電思想和0FDM調(diào)制方式的技術(shù)，充分利用0FDM技術(shù)允許子載波間存在干擾，子載波分配靈活的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高效的頻譜利用。
[0006]經(jīng)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，最相近似的實(shí)現(xiàn)方案為中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?201410123924.0，名稱為:一種認(rèn)知0FDM網(wǎng)絡(luò)中子載波的分配方法，但是該對(duì)比文件中0FDM網(wǎng)絡(luò)中子載波的分配方法，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高，不適用于需要迅速接入建立無線通信鏈路的情景。普通0FDM網(wǎng)絡(luò)只能利用固定信道傳輸信息，頻譜利用率較低。沒有進(jìn)行動(dòng)態(tài)的頻譜感知和切換，不能很好得適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的通信環(huán)境。
[0007]因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種基于認(rèn)知0FDM的頻譜接入方法，以提高無線信道的頻帶利用率和可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何在不影響主用戶使用無線信道的基礎(chǔ)上，提出新的無線網(wǎng)絡(luò)用戶接入方法，用以提高無線信道的頻帶利用率；如何感知哪些頻段資源已被主用戶使用或者已被噪聲嚴(yán)重干擾，從中選出尚未被占用的最佳頻譜片段進(jìn)行接入；如何在解決前兩個(gè)問題的基礎(chǔ)上保證不同用戶無線傳輸?shù)目煽啃浴?br>[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于認(rèn)知0FDM的頻譜接入方法，包括以下步驟:
[0010]第一步:配置發(fā)送端、接收端的基本無線通信參數(shù)、0FDM符號(hào)參數(shù)以及發(fā)送端的頻譜接入余量r ;
[0011]第二步:所述發(fā)送端被配置為在首次發(fā)送之前，從主信道中截取一段有效信號(hào)，所述有效信號(hào)的信號(hào)長(zhǎng)度為N的整數(shù)倍，并對(duì)其進(jìn)行快速傅里葉變換，然后求模，從而生成頻譜數(shù)組F ；
[0012]第三步:所述發(fā)送端被配置為將第二步產(chǎn)生的所述數(shù)組F的全部數(shù)據(jù)按順序等分成N組，代表N個(gè)頻段，分別對(duì)每一組的求平均值，并將所得平均值歸一化，得到長(zhǎng)度為N的均值數(shù)組A ;然后對(duì)所述數(shù)組F計(jì)算差分，再求絕對(duì)值，得到與數(shù)組F等長(zhǎng)的數(shù)組D，將所述數(shù)組D的全部數(shù)據(jù)也按順序等分成N組；
[0013]第四步:所述發(fā)送端被配置為根據(jù)頻段校驗(yàn)準(zhǔn)則，生成具有N個(gè)元素的01序列S，其中0代表該頻段尚未被主用戶占用，發(fā)送端可以接入，反之1代表發(fā)送端不可以接入；
[0014]第五步:根據(jù)第四步所得頻段校驗(yàn)序列，所述發(fā)送端決定是否在此時(shí)接入；
[0015]第六步:根據(jù)第四步所得頻段校驗(yàn)序列中每一位所代表的信息，發(fā)送端將L個(gè)有效子載波分配到一個(gè)未被占用的頻段上，其余子載波墊0，從而生成0FDM符號(hào)，進(jìn)而封裝成數(shù)據(jù)包進(jìn)行發(fā)送，首次發(fā)送后接收端從公共信道切換至主信道；
[0016]第七步:所述接收端被配置為根據(jù)前導(dǎo)碼信息，獲取發(fā)送端數(shù)據(jù)，首次接收之后，將所述接收端切換至主信道，根據(jù)檢測(cè)序列調(diào)整接收端子載波截取方式，之后再進(jìn)行接收時(shí)能夠直接截取有效子載波中的數(shù)據(jù)，所述收發(fā)端將在主信道通信。
[0017]進(jìn)一步地，第一步所述配置0FDM有效子載波數(shù)L被配置為用來傳輸有效數(shù)據(jù)和前導(dǎo)碼的子載波總數(shù)；配置的頻譜接入余量r被配置為留出不用的子載波個(gè)數(shù)，以保證不同用戶所用頻譜之間留出一定間隔。
[0018]進(jìn)一步地，第四步中，所述頻段校驗(yàn)準(zhǔn)則，包括以下步驟:
[0019]4.1.發(fā)送端選定一閾值，依次與均值數(shù)組A中的每一個(gè)元素比較，有兩種情況:
[0020]4.1.1.A中的第k個(gè)元素A[k]大于步驟4.1所述閾值，則判定該組所對(duì)應(yīng)的頻段已經(jīng)被主用戶占用，將S中的第k個(gè)元素S [k]置為1 ;
[0021]4.1.2.A中的第k個(gè)元素A[k]不大于步驟4.1所述閾值，則轉(zhuǎn)到步驟4.2，繼續(xù)進(jìn)行下一步判斷；
[0022]4.2.對(duì)于數(shù)組D的第k組數(shù)據(jù)，取出其中的每一個(gè)元素作如下運(yùn)算:將該元素與A[k]作差，再求平方；若第k組數(shù)據(jù)的每個(gè)元素上述運(yùn)算之后所得結(jié)果都不大于A[k]，則將S[k]置為0 ;反之存在第k組數(shù)據(jù)中的某個(gè)元素使得上述運(yùn)算之后所得結(jié)果大于A [k]，則將S[k]置為1。
[0023]進(jìn)一步地，第五步包含下列步驟:
[0024]5.1.如果序列中0的個(gè)數(shù)小于L與r之和，則暫不接入，延時(shí)等待一定時(shí)間后，轉(zhuǎn)到步驟一，重新進(jìn)行進(jìn)行信號(hào)截取；
[0025]5.2.如果序列中0的個(gè)數(shù)大于等于L與r之和，則發(fā)送端將載波頻率切換至公共信道轉(zhuǎn)到步驟六，準(zhǔn)備配置接入時(shí)所需的子載波參數(shù)。
[0026]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，包括以下步驟:
[0027]第一步:配置發(fā)送端、接收端的基本無線通信參數(shù)，0FDM符號(hào)參數(shù)，以及發(fā)送端的頻譜接入余量r。
[0028]所述基本無線通信參數(shù)主要包括公共信道與主信道的載波頻率、IQ速率、調(diào)制參數(shù)、濾波器參數(shù)，數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)參數(shù)等無線通信參數(shù)。
[0029]所述0FDM符號(hào)參數(shù)至少包括0FDM子載波總數(shù)N，0FDM有效子載波數(shù)L，循環(huán)前綴長(zhǎng)度。
[0030]所述0FDM有效子載波數(shù)是指用來傳輸有效數(shù)據(jù)和前導(dǎo)碼的子載波總數(shù)。
[0031]所述頻譜接入余量r是指為了保證不同用戶所用頻譜之間留出一定間隔，留出不用的子載波個(gè)數(shù)。
[0032]為了保證收發(fā)端能夠?qū)崿F(xiàn)正確的無線通信，必須保證初始時(shí)發(fā)送端載波頻率處于主信道，接收端載波頻率處于公共信道，必須保證收發(fā)端其余的基本無線通信參數(shù)及0FDM符號(hào)參數(shù)配置相同。0FDM子載波總數(shù)N代表的就是0FDM通信系統(tǒng)中發(fā)送端進(jìn)行反快速傅里葉變換(IFFT)，接收端進(jìn)行快速傅里葉變換(FFT)的點(diǎn)數(shù)。
[0033]第二步:發(fā)送端在首次發(fā)送之前，從主信道中截取一定長(zhǎng)度的有效信號(hào)(信號(hào)長(zhǎng)度應(yīng)為N的整數(shù)倍)，并對(duì)其進(jìn)行快速傅里葉變換，然后求模，從而生成頻譜數(shù)組F。
[0034]第三步:發(fā)送端將第二步產(chǎn)生的數(shù)組F的全部數(shù)據(jù)按順序等分成N組，代表N個(gè)頻段，分別對(duì)每一組的求平均值，并將所得平均值歸一化，得到長(zhǎng)度為N的均值數(shù)組A。然后對(duì)數(shù)組F計(jì)算差分，再求絕對(duì)值，得到與數(shù)組F等長(zhǎng)的數(shù)組D，將數(shù)組D的全部數(shù)據(jù)也按順序等分成N組。
[0035]第四步:發(fā)送端根據(jù)第四步所得頻段校驗(yàn)準(zhǔn)則，生成具有N個(gè)元素的01序列S，其中0代表該頻段尚未被主用戶占用，發(fā)送端可以接入，反之1代表發(fā)送端不可以接入
[0036]所述頻段校驗(yàn)準(zhǔn)則，包括以下步驟:
[0037]4.1.發(fā)送端選定一閾值，依次與均值數(shù)組A中的每一個(gè)元素比較，有兩種情況:
[0038]4.1.1.A中的第k個(gè)元素A[k]大于步驟4.1所述閾值，則判定該組所對(duì)應(yīng)的頻段已經(jīng)被主用戶占用，將S中的第k個(gè)元素S [k]置為1。
[0039]4.1.2.A中的第k個(gè)元素A[k]不大于步驟4.1所述閾值，則轉(zhuǎn)到步驟4.2，繼續(xù)進(jìn)行下一步判斷。
[0040]4.2.對(duì)于數(shù)組D的第k組數(shù)據(jù)，取出其中的每一個(gè)元素作如下運(yùn)算:將該元素與A[k]作差，再求平方。若第k組數(shù)據(jù)的每個(gè)元素上述運(yùn)算之后所得結(jié)果都不大于A[k]，則將S[k]置為0 ;反之存在第k組數(shù)據(jù)中的某個(gè)元素使得上述運(yùn)算之后所得結(jié)果大于A [k]，則將S[k]置為1。
[0041]第五步:根據(jù)第四步所得頻段校驗(yàn)序列，發(fā)送端決定是否在此時(shí)接入，有兩種情況:
[0042]5.1.序列中0的個(gè)數(shù)小于L與r之和，則暫不接入，延時(shí)等待一定時(shí)間后，轉(zhuǎn)到第一步，重新進(jìn)行進(jìn)行信號(hào)截取。
[0043]5.2.序列中0的個(gè)數(shù)不小于L與r之和，則發(fā)送端將載波頻率切換至公共信道轉(zhuǎn)到步驟六，準(zhǔn)備配置接入時(shí)所需的子載波參數(shù)。
[0044]第六步:根據(jù)第四步所得頻段校驗(yàn)序列中每一位所代表的信息，發(fā)送端將L個(gè)有效子載波分配到一個(gè)未被占用的頻段上，其余子載波墊0，從而生成0FDM符號(hào)。發(fā)送端首次發(fā)送時(shí)將子載波分配情況以01序列的形式封裝成數(shù)據(jù)包通過公共信道進(jìn)行發(fā)送，首次發(fā)送成功后接收端從公共信道切換至主信道，按照之前的分配情況與接收端開始通信。
[0045]第七步:接收端根據(jù)前導(dǎo)碼信息，利用相關(guān)捕獲方式，獲取發(fā)送端數(shù)據(jù)，首次接收之后，將接收端切換至主信道，根據(jù)接收到的子載波分配序列調(diào)整接收端子載波截取方式，之后再進(jìn)行接收時(shí)能夠直接截取有效子載波中的數(shù)據(jù)，收發(fā)端將可以在主信道通信，接入成功。
[0046]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:在頻譜感知的過程中將頻譜劃分成許多小塊分別進(jìn)行分析，進(jìn)一步感知哪些頻段資源已被主用戶使用或者已被噪聲嚴(yán)重干擾，然后從中選出尚未被占用的最佳頻譜片段進(jìn)行接入。不僅復(fù)雜度