[发明专利]一种最佳稳定性的认知无线电交汇序列构造方法

说明书

本发明提供了一种最佳稳定性的认知无线电交汇序列构造方法，包括认知无线电网络中认知用户信道跳转序列的构造方法和实现信道交汇的系统模型；认知用户按照各自生成的序列在可用信道上跳转，当两个或多个认知用户在同一时隙跳转到同一信道并且此信道没有被授权用户占用时，认知用户之间通过竞争赢得发送信息的权利，若有用户竞争胜利，完成数据传送，则信道交汇成功。本发明可以减小认知无线电网络中认知用户的交汇成功率方差，相较于其他交汇算法能达到最佳的交汇稳定性能。

技术领域

本发明涉及认知无线电网络领域，特别设计一种最佳稳定性的认知无线电交汇序列构造方法。

背景技术

随着无线通信业务需求的快速增长，频谱资源日益紧张，人们通过无线通信理论和技术，致力于提高频谱利用效率。而频谱资源供需矛盾的根本原因不在于频谱资源稀缺，而是和当前静态频谱管理策略有关，即授权用户对其频谱具有独占性。在全球授权频段，尤其是信号传播特性较好的低频段的频谱利用率较低。因此，相比于日益拥挤的非授权频段，授权频段的低利用率成为研究人员解决频谱资源供需紧张问题的突破口。认知无线电作为一种更加智能的频谱共享技术，能够感知无线通信环境，根据一定的学习和决策算法，实时自适应地改变系统工作参数，动态检测并有效利用空闲频谱，使得未被授权的用户能有效利用已被授权的频谱资源。采用动态频谱接入方式的认知无线电网络能有效提高授权频段的利用率，被认为是无线网络未来演化和发展的方向。

信道交汇针对解决认知无线电网络中接入协商问题，是实现动态频谱接入网络组网的基础，也是实现网络管理和控制的前提条件。其中盲信道交汇策略不依赖网络预设的专用公共控制信道，是一种动态按需的信道交汇策略，也是目前最适合认知无线电网络信道可用性动态变化特性的策略。认知无线电设备优良的信道切换性能使得基于信道跳转序列的信道交汇策略显示出较大优势，其将认知用户通过频谱感知获取的所有可用信道组织成有特定序列结构的信道跳转序列，并按照序列以时隙的工作方式执行信道跳转过程。当两个或多个认知用户在同一时隙跳转到同一信道并且此信道没有授权用户占用时，认知用户之间通过竞争赢得发送信息的权利，竞争成功的认知用户完成信道交汇。为了避免时钟同步带来的控制开销，研究者提出了异步序列策略，从而实现时钟异步条件下的信道交汇。但认知无线电网络信道数多且信道可用性动态变化，因此信道交汇成功的稳定性较差。

为了衡量信道交汇成功的稳定性，研究者通常选取以下两个指标来比较。个人交汇成功率(individual rendezvous-success rate，RSR)，即在碰撞规避的场景中，任一时隙指定认知用户成功完成信道交汇的概率。交汇成功率方差(RSR variance)，即在碰撞规避的场景中，交汇成功率的方差。

为了提高认知无线电网络中信道交汇的稳定性，已经有一些序列构造方法被提出。在总可用信道数为N的情况下：Chen W C等人在2017年发表的“Construction andAnalysis of Shift-Invariant,Asynchronous-Symmetric Channel-Hopping Sequencesfor Cognitive Radio Networks”中提出pairwise SI信道跳转序列ACHPS的构造方法，确保任何两个认知用户在序列周期内的总交汇次数在所有异步情况下保持恒定。随后，Chiang M H等人在2018年发表的“Asynchronous-Symmetric Channel-Hopping Sequencesover Prime Field for Cognitive Radio Networks”中提出global SI信道跳转序列的构造方法，确保任何两个认知用户在序列周期内的各信道交汇次数在所有异步情况下保持恒定。显而易见，后者使得任意两个认知用户的信道交汇平均分布于各信道，因此更能应对授权用户对信道状态的影响。尽管如此，此两种序列均不能使得每次交汇卷入的认知用户数目最优化分布，从而当交汇成功概率受竞争认知用户数目影响时，无法使得每个认知用户在序列周期内在不同信道的成功交汇概率相等。根据计算推导目前所得的RSR方差的理论最优值是0，如何在不降低交汇成功率的情况下减小RSR方差成为本领域人员需要研究的问题。