[發明專利]基于分層控制信道機制的認知無線電網絡建立方法

有效

• 申請號: 201110259192.4
• 申請日: 2011-09-05
• 公開（公告）號: CN102307356A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 韓方劍;韓方景;余莉
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: H04W16/14
• 分類號: H04W16/14;H04W16/18
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心 43202
• 代理人: 王文惠

1.一種基于雙層控制信道機制的認知無線電網絡建立方法，其特征在于包括下述步驟：

設任意認知用戶之間控制信道的控制信號s(t)時域表達式如下：

s(t)=2PmaskNFgcos(2πfct+φc)gΣn=0GDS-1cnp(t-nTc)]]>

gΣk=0NF-1d(k+nNF+GDSNF)gexp[j2πk·(t-nTc)NF]]]>

其中，P_mask為IEEE?802.15標準中的功率譜密度掩模；N_F為正交頻分復用調制的子載波數；f_c為載波頻率；φ_c為載波初始相位；c_n為第n個直擴序列擴譜碼且c_n∈{-1，1}；p(·)為碼片脈沖成形波形，G_DS為直接序列擴譜增益，即每符號碼片數；T_c為碼片的時間長度，為第k+nN_F+G_DSN_F個數據符號；

設當前的認知用戶節點為SU₀：

第一步，SU₀與相鄰認知用戶握手；

第(1)步，檢測授權用戶使用的頻譜范圍；

SU₀創建與其對應的PU⁽⁰⁾列表，該列表中每條記錄存儲一個授權用戶的參數信息，參數信息包括：授權用戶中心頻率、授權用戶信號帶寬；

SU₀利用頻譜傳感器檢測授權用戶信號，并在PU⁽⁰⁾列表中記錄檢測到的授權用戶的參數信息；

第(2)步，測量并記錄頻譜空洞；

SU₀利用頻譜傳感器，測量CRN工作頻段的功率譜密度分布，并判定功率譜密度低于預設功率譜密度門限的頻段為頻譜空洞，功率譜密度門限選取規則為：取該頻段常年平均噪聲功率譜密度值和-41.3dBm/MHz中的較高者；

SU₀創建與其對應的頻譜空洞列表SH⁽⁰⁾，該列表中每條記錄存儲一個頻譜空洞的參數信息，參數信息包括：頻譜空洞編號、低端頻率參數f′_SH、高端頻率參數f″_SH、頻譜空洞內噪聲功率譜密度參數N_SH，f′_SH＜f″_SH；則頻譜空洞所在頻率段為[f′_SH，f″_SH]；

第(3)步，SU0與相鄰的認知用戶握手；

對控制信號s(t)進行參數配置得到控制信號s_L(t)：即令N_F＝1，1＜＜G_DS≤1/T_c；

SU₀利用下述握手方式檢測相鄰的認知用戶：SU₀利用控制信號s_L(t)發送自身名稱，發送天線配置為單天線；SU₀接收相鄰認知用戶發送的控制信號s_L(t)，接收天線配置為多天線；同時，SU₀利用波達方向估計算法計算所有相鄰認知用戶的信號到達角；

設SU₀的相鄰認知用戶依照與SU₀實現握手的先后順序依次為SU₁至SU_u，u為自然數；將SU₀的相鄰認知用戶信息存儲到SU⁽⁰⁾列表，該列表的每條記錄存儲一個相鄰認知用戶信息，包括以下字段：認知用戶編號(即1至u)、SU名稱(或序列號)、信號到達角；

第二步，SU₀與相鄰的認知用戶交換頻譜空洞信息；

SU₀利用下述握手方式與相鄰的認知用戶交換頻譜空洞信息：SU₀利用控制信號s_L(t)發送頻譜空洞列表SH⁽⁰⁾，發送天線配置為單天線；SU₀接收相鄰認知用戶利用控制信號s_L(t)發送的其自身的頻譜空洞列表，接收天線配置為多天線；

設SU₀接收來自于相鄰認知用戶SU₁，SU₂，...，SU_u(即SU₁至SU_u)的頻譜空洞列表，并分別存儲為SH⁽¹⁾，SH⁽²⁾，...，SH^(u)列表；

第三步，建立高層控制信道；

第(1)步，尋找共同頻譜空洞；

對于任何v∈{1，…，u}，將SH⁽⁰⁾列表與SH^(v)列表做對比，如果找到頻率段[f′_ISH(v)，f″_ISH(v)]同時屬于SH⁽⁰⁾列表與SH^(v)列表，則設置ISH_v為集合{f′_ISH(v)，f″_ISH(v)}；如果沒有找到共同的頻譜空洞，則設置ISH_v為空集；其中，需要滿足以下條件：對于任何v∈{1，…，u}，f″_ISH(v)-f′_ISH(v)大于等于CRN工作頻段的相干帶寬B_c；對于任何v₁，v₂∈{1，…，u}，v₁≠v₂，[f′_ISH(v₁)，f″_ISH(v₁)]與[f′_ISH(v₂)，f″_ISH(v₂)]不重疊；

第(2)步，配置高層控制信道；

對控制信號s(t)進行參數配置得到高層控制信道的控制信號s_H(t)：設置N_F＝2^w，w為自然數，且N_F≥2(f_H-f_L)/B_c，其中f_L為所有f′_ISH(v)(v∈{1，…，u})中的最小值，f_H為所有f″_ISH(v)中的最大值；G_DS＝1，c_n≡1或c_n≡-1；

第(3)步，設置收/發波束方向；

SU₀根據SU⁽⁰⁾列表中的信號到達角字段，并利用接收和發射波束成型算法，設置針對SU₁至SU_u的高層控制信道收/發波束方向；

第(4)步，實現高層控制信道的控制鏈路；

對于任何v∈{1，…，u}且ISH_v不為空集，SU₀利用控制信號s_L(t)以握手方式通知SU_v在ISH_v頻段建立高層控制信道HLCC(v)；

隨后在HLCC(v)上利用點對點協議(Point-to-Point?Protocol，PPP)實現控制鏈路；

第四步，利用高層控制信道共享電磁環境信息；

第(1)步，交換自身節點搜集的電磁環境信息；

對于任何v∈{1，…，u}且HLCC(v)已建立，SU₀利用HLCC(v)向SU_v發送PU⁽⁰⁾列表、SU⁽⁰⁾列表以及SH⁽⁰⁾列表；

同樣對于任何v∈{1，…，u}且HLCC(v)已建立，SU₀利用HLCC(v)接收SU_v的授權用戶列表PU^(v)和相鄰認知用戶列表SU^(v)，接收SU_v的頻譜空洞列表并更新SH^(v)列表；

第(2)步，轉發相鄰節點的電磁環境信息；

對于任何v₁，v₂∈{1，…，u}，且HLCC(v₁)、HLCC(v₂)均已建立，SU₀將SUv₁的電磁環境信息通過HLCC(v₂)轉發至SUv₂，SU₀將SUv₂的電磁環境信息通過HLCC(v₁)轉發至SUv₁；最終，所有通過HLCC(v)相連的SU之間實現完全的電磁環境信息共享；電磁環境信息包括認知用戶節點的授權用戶列表、相鄰認知用戶列表和頻譜空洞列表；

第五步，建立并維護數據信道頻率使用計劃；

第①步，制訂初步數據信道頻率使用計劃；

對于任何v∈{1，…，u}且HLCC(v)已建立，SU₀建立DC^(0，v)列表，該列表的每一記錄存儲一個共同頻率段信息，其字段包括：共同頻率段編號、低端頻率參數f′_SH-DC、高端頻率參數f″_SH-DC(f′_SH-DC＜f″_SH-DC)；SU₀將SH⁽⁰⁾列表與SH^(v)列表做對比，找到除用于ISH_v以外的所有共同頻率段，每一共同頻率段對應于DC^(0，v)列表中的一條記錄；

對于任何v₁，v₂∈{1，…，u}，如果列表和列表中均存在至少一條記錄，SU₀檢查兩列表中是否存在頻率段重疊的現象；如果存在，將重疊頻率段從共同頻率段總長度較長的列表中刪除；

此時，所有共同頻率段列表的總和稱為SU₀的初步數據信道頻率使用計劃；

第②步，確認數據信道頻率使用計劃；

對于任何v∈{1，…，u}且DC^(0，v)列表中存在至少一條記錄，SU₀利用HLCC(v)將DC^(0，v)列表發送給SU_v，待收到SU_v修改并確認的共同頻率段列表后，更新DC^(0，v)；其中，SU_v修改共同頻率段列表的方法同第③步第一段中SU₀更新DC^(0，v)列表的方法；

所有共同頻率段列表的總和稱為SU₀的數據信道頻率使用計劃；

最后，對于任何v∈{1，…，u}且DC^(0，v)列表中存在至少一條記錄，SU₀的數據信道收發機將利用DC^(0，v)列表信息與SU_v節點建立數據信道；

第③步調整數據信道頻率使用計劃；

對于任何v∈{1，…，u}且HLCC(v)已建立，如果SU₀通過HLCC(v)收到SU_v發送來的請求確認的共同頻率段列表；首先，SU₀將其存儲為DC^(0,v)′，將DC^(0，v)′列表與DC^(0，v)列表之中共同的頻率段存儲于新DC^(0，v)列表中；隨后，SU₀按照第五步第①步的第二段中的方法確認所有共同頻率段列表間不存在重疊頻率段；最后，SU₀利用HLCC(v)將DC^(0，v)列表發還SU_v以確認；

SU₀的數據信道收發機更新其數據信道頻率使用計劃。