[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

技術領域

本發明屬于無線通信信號處理領域，特別涉及認知無線電及其網絡?

背景技術

認知無線電(Cognitive?Radio，CR)是一種具有感知無線環境、智能決策無線電行為以及靈活的無線頻譜接入能力的新型無線電設備。從1999年Joseph?Mitola?III提出認知無線電的概念至今，認知無線電受到了無線通信領域的學術界、工業界、商用和軍用用戶以及各國政府無線電管理部門的持續、廣泛而密切的關注。當前，公認的認知無線電應具備以下特征：首先，它的收發機具有較傳統無線設備更寬的可工作頻率范圍，以及可變的工作帶寬，并根據具體應用需求確定當前的工作頻率及工作帶寬；其次，它裝備有頻譜傳感器，能夠在上述可工作頻率范圍內測量無線頻譜、檢測周邊常規無線設備；之后，它能夠對從頻譜傳感器以及其他途徑得到的電磁環境信息進行分析，并根據操作者的需求進行決策，制訂出它的后續無線電行為方案；最后，它擁有靈活的無線波形與通信協議，可以實施其所選擇的無線電行為。?

認知無線電的這種特殊性能及行為方式使得由其構成的新型無線通信系統與傳統無線通信系統之間產生了巨大的差異，前者可以實現后者不可能實現的無線通信效果。認知無線電網絡(Cognitive?Radio?Network，CRN)就是這樣一種典型的新型無線通信系統。認知無線電網絡即由稱作認知用戶(SecondaryUser，SU)的認知無線電組成的無線通信網絡，它可以在這樣一種極端特殊條件下運行：首先，它不需要任何頻譜使用授權，也就是說，建立以及使用認知無線電網絡之前其操作者均不需要向有關無線電磁頻譜管理部門申請工作頻段；因此，它只能使用已經授權給其他無線通信系統但當前未被使用的頻段，而這樣的頻段內可能充斥著稱為授權用戶(Primary?User，PU)的常規無線通信設備，認知無線電網絡的設計者與操作者必須保證認知用戶的無線電行為不對授權用戶造成有害影響；最后，認知用戶需要感知、分析無線環境以找到稱作頻譜空洞(Spectrum?Hole，SH)的空閑頻段，并運用認知無線電靈活的決策和行為能力加以利用。?

由于認知無線電網絡運行條件的特殊性，在其最初建立的階段，如何定義認知用戶的行為，是一個至今尚未得到公共認可解決方案的問題，稱為“網絡建立問題”。由于網絡建立問題的核心是對控制信道的選擇與利用問題，因此網絡建立問題也稱為“控制信道問題”。具體到某個認知用戶，它面臨的網絡建立問題可以這樣描述：首先，認知用戶沒有頻譜使用授權；其次，尚未加入任何一個CRN的認知用戶所擁有的電磁環境信息僅限于其自身頻譜傳感器獲得的信息，而即使已經加入某個CRN中的認知用戶，在它與CRN之外的其他認知用戶初次建立連接時，它也不具備對方的電磁環境信息；另外，認知用戶必須保證其行為不對授權用戶的通信造成干擾；同時，它和鄰近的認知用戶之間需要一條控制信道以及一定的信息傳遞機制以相互發現；最后，它需要借助控制信道與相鄰其他認知用戶交換各自所搜集的電磁環境信息，從而發現共同的頻譜空洞以建立數據信道，為CRN的操作者提供通信服務。對于該問題的解決方案，主要存在兩方面的困難需要克服。?

一方面是控制信道的存在性問題。網絡建立方案需要充分保證確實存在至少一條控制信道，可供需要建立新的CRN或者擴展現有CRN的認知用戶使用。通常有兩種控制信道選擇方法：第一種方法是機會性的(opportunistic)，即認知用戶根據其頻譜傳感器報告的頻譜空洞，隨機選擇一個頻點(可能并非真正的頻譜空洞)作為最初的控制信道。第二種方法是確定性的(determinate)，即引入一個為所有認知用戶所共知的共用控制信道(Common?Control?Channel，CCC)。在機會性方法中，為使認知用戶能夠發現其他相鄰認知用戶，認知用戶的收發機利用隨機頻點發射與接收握手信號。因此，認知用戶的接收機工作帶寬必須與其傳感器的檢測帶寬一致，并且接收機中的握手波形檢測算法需要具有極強的頻率自適應能力，即在很寬的頻段內準確濾除可能存在的其他信號，同時完整保留CCC信號，以保證CCC的正常使用。這對于接收機設計提出了極高的要求。而在確定性控制信道選擇方法中，除非采用CRN專用的授權頻點(通常不具有可能性)，否則為避免CCC干擾授權用戶，CCC的信號發射功率必須受到嚴格限制，由此可能造成認?知用戶數據信道信號使用頻段與CCC使用頻段的交疊。此時，CCC接收機要面對授權用戶信號和認知用戶數據信道信號的雙重干擾，因此其必須具有在大動態范圍信干噪比條件下工作的能力。?