[發(fā)明專利]認(rèn)知無(wú)線電中一種保證服務(wù)質(zhì)量的多級(jí)信道分配方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010152061.1
• 申請(qǐng)日: 2010-04-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101841818A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐平平;李景;周超;朱婷婷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W16/10
• 分類號(hào): H04W16/10
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 黃明哲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及認(rèn)知無(wú)線電(Cognitive?Radio，CR)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)頻譜分配(Dynamic?Spectrum?Allocation，DSA)，具體為認(rèn)知無(wú)線電中一種保證服務(wù)質(zhì)量的多級(jí)信道分配方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)的頻譜資源是由無(wú)線電管理機(jī)構(gòu)統(tǒng)籌分配的，目前采用的靜態(tài)分配的原則和方案。隨著新的無(wú)線通信系統(tǒng)的層出不窮，即使每一種通信系統(tǒng)都盡量提高其自身的頻譜利用率，有限的頻譜資源也越來(lái)越不能滿足日益增長(zhǎng)的用戶需求。但是從時(shí)域和空域的雙重角度來(lái)看，仍然存在許多未被充分利用的空白頻段。聯(lián)邦通訊委員會(huì)(Federal?Communications?Commission，F(xiàn)CC)的測(cè)試表明，目前大多數(shù)頻段的頻譜資源利用率是很低的，在美國(guó)城市區(qū)域中，3-4GHz的頻譜利用率為0.5％，4-5GHz的頻譜利用率降為0.3％^[1]。這和當(dāng)前廣泛關(guān)注的頻譜資源短缺問(wèn)題互相矛盾。CR技術(shù)的出現(xiàn)，為解決頻譜資源不足、實(shí)現(xiàn)頻譜動(dòng)態(tài)管理以及提高頻譜利用率開(kāi)創(chuàng)了嶄新的局面。

CR的概念最早由Joseph?Mitola博士在他1999年發(fā)表的一篇學(xué)術(shù)論文^[2]中提出，此后，不同的機(jī)構(gòu)和學(xué)者從不同的角度給出了CR的定義^[3]，其中比較有代表性的包括FCC和著名學(xué)者Simon?Haykin教授的定義。FCC認(rèn)為CR是能夠基于對(duì)其工作環(huán)境的信息交互從而改變發(fā)射機(jī)參數(shù)的無(wú)線電^[4]。Simon?Haykin則從信號(hào)處理的角度出發(fā)，認(rèn)為CR是一個(gè)智能無(wú)線通信系統(tǒng)，它能夠感知外界環(huán)境，并使用人工智能技術(shù)從環(huán)境中學(xué)習(xí)，通過(guò)實(shí)時(shí)改變某些操作參數(shù)，比如傳輸功率、載波頻率和調(diào)制技術(shù)等，從而實(shí)現(xiàn)任何時(shí)間、地點(diǎn)的高可靠度通信，以及對(duì)頻譜資源的有效利用^[5]。從CR的各種不同定義中，我們可以看到一個(gè)共同點(diǎn)，即CR技術(shù)要求無(wú)線終端足夠智能，具備認(rèn)知能力，能夠通過(guò)對(duì)周圍無(wú)線環(huán)境的歷史和當(dāng)前狀況進(jìn)行檢測(cè)、分析、學(xué)習(xí)、推理和規(guī)劃，并利用相應(yīng)結(jié)果調(diào)整自己的傳輸參數(shù)，使用最合適的無(wú)線資源，包括頻率、調(diào)制方式、發(fā)射功率等，使無(wú)線通信系統(tǒng)整體性能最優(yōu)。

以CR技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)我們稱之為認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)。認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)由基本網(wǎng)絡(luò)和認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)組成，基本網(wǎng)絡(luò)是由已經(jīng)分配頻段的主用戶(Primary?User，PU)組成的各種異構(gòu)的子網(wǎng)的全體，每種子網(wǎng)都有自己固定不變的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹ＵJ(rèn)知網(wǎng)絡(luò)是由借用PU的頻段的次級(jí)用戶(Secondary?User，SU)組成，每一個(gè)SU都具有認(rèn)知能力，也稱為認(rèn)知用戶。SU相比PU具有更低的頻譜接入優(yōu)先權(quán)，即當(dāng)PU沒(méi)有使用授權(quán)頻段時(shí)，SU可以利用這些空閑的頻段實(shí)現(xiàn)認(rèn)知用戶之間的通信，或者其它的一些通信。當(dāng)PU需要利用這些分配的頻段通信時(shí)，為不對(duì)其造成干擾，SU必須快速地檢測(cè)出PU的出現(xiàn)并讓出占用的頻段；當(dāng)PU沒(méi)有使用其授權(quán)頻段時(shí)，為了提高頻譜利用效率，SU也必須很快地檢測(cè)出空閑頻帶，并且快速地把這些空閑頻帶共享給認(rèn)知基站(CognitiveBase?Station，CBS)，以便CBS可以快速的把空閑頻帶按照一定的準(zhǔn)則分配給需要使用的SU。

認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)空閑頻帶的接入，除了要考慮系統(tǒng)的容量和公平性，還要保證系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量QoS(Quality?of?Service)水平，認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中QoS主要考慮SU對(duì)PU的干擾水平以及SU通信的連續(xù)性，要限制認(rèn)知用戶對(duì)主用戶的干擾，以及降低SU使用空閑頻帶的跳變次數(shù)。已有研究?jī)?yōu)化系統(tǒng)容量和認(rèn)知用戶公平性的問(wèn)題^[6]，并實(shí)現(xiàn)了這兩方面性能的折衷^[7]。文獻(xiàn)[8]研究了認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中SU對(duì)PU的存在干擾情況下的系統(tǒng)的容量和公平性，并對(duì)通信延遲進(jìn)行了研究，但其只考慮了一個(gè)PU存在時(shí)的場(chǎng)景，實(shí)際認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中會(huì)有多個(gè)PU與SU共存。根據(jù)PU與SU通信的隨機(jī)性，空閑頻帶可占用時(shí)間的統(tǒng)計(jì)特性，可以合理地分配空閑頻帶以實(shí)現(xiàn)SU之間通信的連續(xù)性。文獻(xiàn)[9]、[10]、[11]分別針對(duì)不同場(chǎng)景建立了空閑頻帶調(diào)度的模型。相比較隨機(jī)分配情況降低了頻譜跳變次數(shù)，但其算法復(fù)雜度高，實(shí)際中會(huì)不適應(yīng)捷變的頻譜環(huán)境。因此就需要從空閑頻譜的特性(占用時(shí)間、帶寬等)考慮，根據(jù)空閑頻帶的可占用時(shí)間統(tǒng)計(jì)特性，設(shè)計(jì)一種能夠提供QoS保障的、快速的動(dòng)態(tài)頻譜分配機(jī)制。