[發(fā)明專利]一種基于頻域的認(rèn)知無(wú)線電協(xié)同感知與頻譜競(jìng)爭(zhēng)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210497788.2
• 申請(qǐng)日: 2012-11-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103002449A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王璐;陳瑞良;伍楷舜;倪明選
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州市香港科大霍英東研究院
• 主分類號(hào): H04W16/10
• 分類號(hào): H04W16/10;H04W16/14;H04W24/10
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于頻域的協(xié)同檢測(cè)與頻譜競(jìng)爭(zhēng)模式，用以解決認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中因控制信息傳輸而占用大量頻譜資源，從而降低頻譜利用率問(wèn)題的通信方法。該方法可以將傳統(tǒng)串行進(jìn)行的協(xié)同檢測(cè)與頻譜競(jìng)爭(zhēng)并行分配到頻域內(nèi)上，從而大大降低了這兩個(gè)控制過(guò)程占用頻譜的時(shí)間，提高了頻譜利用率，增大了網(wǎng)絡(luò)總吞吐量。?

背景技術(shù)

隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線用戶的數(shù)量急劇增加，無(wú)線頻譜資源變得越來(lái)越緊張，如何充分提高無(wú)線頻譜的利用率成為亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。尤其是隨著無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)技術(shù)、無(wú)線個(gè)人域網(wǎng)絡(luò)(WPAN)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的人通過(guò)這些技術(shù)以無(wú)線的方式接入互聯(lián)網(wǎng)。這些網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大多使用非授權(quán)的頻段(UFB)工作。由于WLAN、WRAN無(wú)線通信業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，這些網(wǎng)絡(luò)所工作的非授權(quán)頻段已經(jīng)漸趨飽和。另一方面，一些通信業(yè)務(wù)(如電視廣播業(yè)務(wù)等)需要通信網(wǎng)絡(luò)提供一定的保護(hù)，使他們免受其他通信業(yè)務(wù)的干擾。為了提供良好的保護(hù)，頻率管理部門專門分配了特定的授權(quán)頻段(LFB)以供特定通信業(yè)務(wù)使用。與授權(quán)頻段相比，非授權(quán)頻段的頻譜資源要少很多，因?yàn)榇蟛糠值念l譜資源均被用來(lái)做授權(quán)頻段使用。然而，相當(dāng)數(shù)量的授權(quán)頻譜資源的利用率卻非常低，比如數(shù)字電視頻段。因此，現(xiàn)在的頻譜使用率趨于兩極分化。某些部分的頻譜資源相對(duì)較少但其上承載的業(yè)務(wù)量很大，而另外一些已授權(quán)的頻譜資源利用率卻很低。基于目前的頻譜資源分配方法，我們可以說(shuō)有相當(dāng)一部分頻譜資源的利用率是很低的。?

基于現(xiàn)今頻譜利用率低的問(wèn)題，認(rèn)知無(wú)線電(Cognitive?Radio,?CR)?技術(shù)提出了一種新的解決思路。認(rèn)知無(wú)線電的概念起源于1999年Joseph?Mitola博士的奠基性工作。其核心思想就是使無(wú)線通信設(shè)備具有發(fā)現(xiàn)“頻譜空洞”并合理利用所發(fā)現(xiàn)的“空洞”的能力。“頻譜空洞”是指在空域、時(shí)域和頻域中出現(xiàn)的可以被利用的頻譜資源。?當(dāng)然，這一定要建立在已授權(quán)頻段沒(méi)用或只有很少的通信業(yè)務(wù)在活動(dòng)的情況下。認(rèn)知無(wú)線電的核心思想就是使無(wú)線通信設(shè)備具有發(fā)現(xiàn)“頻譜空洞”并合理利用的能力。這種學(xué)習(xí)能力可以使認(rèn)知無(wú)線電用戶與周圍環(huán)境交互信息，以感知和利用在該空間的可用頻譜，并限制和降低沖突的發(fā)生。雖然認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)能以更為靈活的方式來(lái)管理有限的頻譜資源，但要真正將其應(yīng)用于實(shí)際通信系統(tǒng)還需解決包括頻譜檢測(cè)、自適應(yīng)頻譜資源分配和無(wú)線頻譜管理等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。具體來(lái)講，當(dāng)非授權(quán)通信用戶通過(guò)“借用”的方式使用已授權(quán)的頻譜資源時(shí)，必須保證他的通信不會(huì)影響到其他已授權(quán)用戶的通信。要做到這一點(diǎn)，非授權(quán)用戶必須按照一定的規(guī)則來(lái)使用所發(fā)現(xiàn)的“頻譜空洞”?

頻譜檢測(cè)最廣泛采用的方法是能量檢測(cè)，因?yàn)槟芰繖z測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)單實(shí)用。然而，在無(wú)線信道中，無(wú)線信號(hào)會(huì)受到多徑衰落、陰影以及本地噪聲不確定性的影響，導(dǎo)致頻譜檢測(cè)性能的急劇下降。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，D.Cabric?等人提出了協(xié)同頻譜檢測(cè)算法。隨著參與協(xié)同檢測(cè)的認(rèn)知用戶樹(shù)木的增大，頻譜檢測(cè)性能逐漸增強(qiáng)。這個(gè)方法很好地利用了無(wú)線傳輸空間多樣性的特點(diǎn)來(lái)提高頻譜檢測(cè)的性能。然而，協(xié)同檢測(cè)比單一檢測(cè)的過(guò)程要復(fù)雜很多。過(guò)多的認(rèn)知用戶參與協(xié)同檢測(cè)會(huì)使整個(gè)認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的感知時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，從而降低感知的靈敏度，并且大大占用了頻譜的使用，造成了巨大的系統(tǒng)開(kāi)銷。同時(shí)，自適應(yīng)頻譜資源分配也是認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)一個(gè)亟需解決的難題，尤其是分布式無(wú)線網(wǎng)絡(luò)之中。在獲得檢測(cè)結(jié)果之后，認(rèn)知用戶需要通過(guò)相互之間的協(xié)調(diào)通信來(lái)確定頻譜的使用。這樣的協(xié)調(diào)通信需要消耗很大的頻譜資源，也是系統(tǒng)資源開(kāi)銷的一部分。因此，怎樣減少協(xié)同感知以及頻譜分配的開(kāi)銷是認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

申請(qǐng)?zhí)枮?00910183817，申請(qǐng)日為2009年07月31日的國(guó)內(nèi)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種認(rèn)知無(wú)線電中的異步協(xié)同頻譜感知方法。該方法規(guī)定各認(rèn)知節(jié)點(diǎn)根據(jù)本地判決的可靠性，以異步傳輸?shù)姆绞较蛑行墓?jié)點(diǎn)發(fā)送本地判決結(jié)果，從而在在保證檢測(cè)性能的同時(shí)，在一定程度上減少了檢測(cè)時(shí)間，降低了對(duì)授權(quán)用戶的干擾時(shí)間，而且提高頻譜空穴的接入利用率一定程度上。然而，該方法并沒(méi)考慮頻譜競(jìng)爭(zhēng)的過(guò)程，而且沒(méi)有利用無(wú)線信道的頻域特點(diǎn)進(jìn)行傳輸，因此并不能更高效率的利用頻譜。本方法將協(xié)同感知和頻譜競(jìng)爭(zhēng)兩個(gè)獨(dú)立的過(guò)程并行的分配到頻域進(jìn)行，從而大大減少了控制信號(hào)的傳輸時(shí)間以及占用帶寬，有效提高了頻譜利用率。?