[发明专利]基于马氏决策的机会频谱接入方法

说明书

技术领域

本发明属于认知无线网络通信领域，涉及一种机会频谱接入方法，用于自组织网络中的认知节点接入信道，提高时隙资源利用率和网络吞吐量。

背景技术

动态频谱接入是认知无线电技术的主要应用场景，用于寻找并高效利用可用的频谱机会来满足认知用户的需求。动态频谱接入通过机会接入的方式接入到授权频段上，从而使频谱资源的利用效率大大提高。与传统无线通信系统不同，动态频谱共享系统的无线环境，除了其系统本身的无线传输特性以外，还有一个更为重要特殊的外部环境因素，即授权用户系统对无线环境的影响。在动态频谱接入系统中，认知用户对频谱的共享使用受到授权用户系统占用频谱情况的限制，当认知用户检测到(或其接入节点告知)其当前工作信道有授权用户出现时，认知用户将无条件地释放该信道，并按照相应的切换策略切换到其他空闲信道。如果工作频段内存在空闲信道，认知用户将继续通信，如果没有空闲信道，则认知用户将等待空闲信道的出现或直接中断通信。

常用的无线网络架构有集中式和分布式两种。在集中式频谱共享方案中，频谱分配及接入过程用一个中心控制单元实现，中心控制单元汇集了网络中所有分布式节点的网络信息，由它绘制出频谱分配映射图。实际中，由于授权网络的异构性和授权用户业务的多样性，导致认知无线电用户可用频谱的动态变化特性是难以预测的，认知网络的拓扑也是动态变化的，所以，采用中心控制器进行集中式布网的方式，不能很好地匹配认知网络这种特性，而且还可能造成基础设施的浪费。因此，分布式的网络架构更适合认知无线网络的频谱接入。

在分布式认知无线网络中，认知用户由于硬件条件的限制(如带宽、采样率、能量等)，无法对整个频段进行检测，只能选择其中一部分来检测。在无法获得整个频段空闲信息的情况下，认知用户如何选择信道进行检测、接入，使得认知用户的吞吐量最大化，成为迫切要解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提出了一种基于马氏决策的机会频谱接入方法。

根据本发明提供的一种基于马氏决策的机会频谱接入方法，包括：

步骤1：确定授权用户系统模型；

步骤2：确定认知用户系统模型；

步骤3：确定认知用户对所述授权用户系统状态的了解；

步骤4：根据所述了解，认知用户进行信道选择；

步骤5：根据所述信道选择，认知用户进行接入决策；

步骤6：对所述接入决策进行接入收益评估。

优选地，所述步骤1包括：

设授权用户系统共有N条信道，第i条信道带宽为B_i，i＝1,2,…,N，N为正整数；

在授权用户系统中，这N条信道的状态服从状态量M为M＝2^N的离散马尔可夫过程；

定义授权用户系统在时隙t的信道状态为：

[S₁(t),S₂(t),…,S_N(t)]；

S_i(t)∈{0(忙),1(空闲)}；

其中，S_i(t)表示第i条信道在时隙t的信道状态；

设信道状态只在时隙开始时改变，在时隙中保持不变；

每条信道状态转移相互独立，状态转移概率值对认知用户而言为已知，通过矩估计得到。

优选地，所述步骤2包括：

认知用户在N条信道内寻找空闲频谱机会；

设认知无线电系统在时域上分成等长的帧，在每帧开始时，认知用户选择l∈{1,2，……,n}条信道进行检测，n为认知用户由于硬件条件限制的限制最多可检测的信道数；

根据检测结果，选择其中连续的空闲信道聚合成一条信道进行数据传输；

采用相邻的信道聚合以提高数据传输的速率；

每帧结束时，返回确认字符ACK来确认传输成功。

优选地，所述步骤3包括：

在每个时隙开始时，认知用户对授权用户系统状态的了解归纳为一个时隙t的置信矢量Λ(t)：

Λ(t)＝[λ₁(t),λ₂(t),…,λ_M(t)]

式中，λ_j(t),j＝1,2,…,M为已知之前信道检测结果的情况下，授权用户系统第j种状态的条件概率，假设授权用户系统由第i种状态至第j种状态的状态转移概率{p_i,j}已知，其中，i＝1,2,…,M且i不等于j。