[发明专利]基于马尔科夫链和载波侦听多路访问的机会频谱接入方法

说明书

技术领域

本发明涉及认知无线电机会频谱接入技术，尤其是一种基于马尔科夫链和载波侦听多 路访问的机会频谱接入方法，属于无线通信及信号处理技术领域。

背景技术

机会频谱接入(OSA，Opportunistic Spectrum Access)允许未授权用户(又称认知 用户)在空间域或时域上共享授权频谱，只有当授权用户(又称主用户)没有占用这些频 谱时认知用户才能进行接入。特别地，频谱环境的动态性使得机会频谱接入方案的设计面 临着几个重要的问题，即认知用户需要确定何时以什么样地方式接入哪一个信道进行发送 /接收数据而不影响主用户的正常通信。从OSA-MAC(Medium Access Control)设计面临 的技术挑战出发，现有的方案并不总能恰当地解决充分利用频谱问题。同时，为保护主用 户的正常通信，这些算法在频谱利用和主用户性能保护的折衷方面都存在着不同程度的缺 陷，目前还没有一种机会频谱接入方法能够完全满足认知无线电系统的要求。现有的基于 马尔科分链的机会频谱接入方案由于感知结果不确定性的存在，将会导致认知用户接入的 盲目性从而影响系统的性能，且计算量非常大。另一方面，随着无线通信技术的发展，频 谱的稀缺问题已成为迫切需要解决的问题。机会频谱接入技术作为提高频谱利用率的一种 有效手段，在无线通信网络这一领域，已成为近年的研究热点。在此情况下，研究创新的 能充分提高频谱利用率的频谱接入算法，具有极大的应用价值。研究成果可用于人口稀疏 的无线传输网络等场合。

发明内容

本发明提出一种基于马尔科夫链和载波侦听多路访问的机会频谱接入方法，可以有效 地提高频谱利用率，缓解无线应用研究领域频谱资源的稀缺问题。通过设定干扰温度双门 限值得到更精确地感知结果，且认知用户根据不同的感知区域采取不同的接入方式，与仅 马尔科夫链接入方法性比大大的减少了计算量，并充分考虑主用户的优先权，更好的实现 频谱接入。

实现本发明的技术方案是：一种基于马尔科夫链和载波侦听多路访问的机会频谱接入 方法，其特征在于：将马尔科夫链的接入预测统计模型方法和载波侦听多路访问接入协议 相结合，根据不同的感知区域采取不同的接入方式，更好的实现频谱接入，提高频谱利用 率；在认知用户接入之前，认知用户通过频谱感知方法进行频谱检测，并设定主用户干扰 温度的第一、第二双门限值，第一门限值小于第二门限值，以这两个门限值划分主用户存 在与否的判决区域，保证频谱检测的可靠性，在接入过程中，根据感知周期动态调整第一、 第二干扰温度门限值，以实现网络的整体吞吐量最大化；当主用户的干扰温度小于第一门 限值时，确认主用户不存在，认知用户进行直接接入；当干扰温度大于第二个门限值时， 确认主用户的存在，采用载波侦听多路访问接入模式进行退避接入；当干扰温度在第一、 第二门限值之间时，认知用户无法准确的判断主用户的存在，通过排队方式建立以主用户 为优先级的马尔科夫链接入预测统计模型，以马尔科夫链模型描述机会频谱接入的行为并 进行信道预测接入。

在同一周期内，第一、第二干扰温度门限值的确定和动态调整的方法是：

设定第一、第二干扰温度门限值分别为λ₁＝λ₀-Δ及λ₂＝λ₀+Δ；

其中λ₀为最优干扰温度门限值，Δ表示动态间隔，并设Δ＝1/2(λ_max-λ_min)，λ_max，λ_min分别为认知用户通过频谱感知方法测得的主用户的最大和最小干扰温度值；

最优干扰温度门限值λ₀通过最小化错误概率Q_e求取