[發明專利]動態頻譜接入方法

有效

• 申請號: 201410076689.6
• 申請日: 2014-03-04
• 公開（公告）號: CN103780324A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 張士兵;張麗;劉燕;鄒麗
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H04B17/00
• 分類號: H04B17/00;H04W16/14
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 吳靜安

技術領域

本發明涉及認知網絡動態頻譜接入與管理技術，更具體地說涉及一種頻譜感知與頻譜接入同時進行的一種動態頻譜接入技術。

背景技術

大部分無線頻段的頻譜使用率僅在10%左右，使得原已十分稀缺頻譜資源大量閑置，不能適應無線通信業務的高速發展。

賦予認知功能的認知無線電（CR）的動態頻譜接入技術被公認為高效利用無線頻譜資源的有效技術手段，已成為業界關注的熱點。實現動態頻譜接入有兩個核心問題：機會發現和信道接入。準確發現頻譜“空洞”是實現頻譜高效復用的基礎，有效接入空閑信道是提高頻譜利用率的關鍵。有關頻譜機會發現和信道有效接入，人們進行了大量研究。到目前為止，所有的動態頻譜接入技術其空閑頻譜發現和信道資源接入在時域上是分開進行的。

在認知網絡中，為了避免對授權用戶的干擾，認知（非授權）用戶必須周期性地對一些頻段進行頻譜檢測。如果檢測到頻譜是忙的（授權用戶在使用），認知用戶將放棄該段頻譜；如果檢測到頻譜是空閑的（授權用戶不在使用），認知用戶將擇機接入該頻段進行通信業務。但認知用戶在頻譜接入進行通信業務過程中不再檢測（感知）授權用戶頻譜接入的動態變化。因此，很有可能在認知用戶的頻譜接入過程中（即在認知用戶兩個頻譜感知周期之間），由于授權用戶頻譜的再接入導致認知用戶與授權用戶之間發生碰撞沖突引起相互干擾，如圖2所示。為了降低認知用戶和授權用戶發生碰撞的概率，可以增加認知用戶的頻譜感知時間(T_s)，減少認知用戶的頻譜接入時間（T_p-T_s）。頻譜感知周期越長，頻譜檢測的可靠性就越高，認知用戶對授權用戶干擾的可能性就越小。但認知用戶獲得的網絡吞吐量就越低，網絡頻譜資源使用的效率就越低，難以解決當前通信業務不斷增加與頻譜資源日益稀缺的矛盾。為了增加認知用戶獲得的網絡吞吐量，提高頻譜資源使用率，則可以減少認知用戶的頻譜感知時間，增加認知用戶的頻譜接入時間。頻譜感知周期越短，頻譜檢測的可靠性就越低。此時認知用戶雖然提高了其獲得的網絡吞吐量，提高了頻譜資源使用率，但認知用戶和授權用戶發生碰撞的概率也就增加了，也就是說認知用戶對授權用戶干擾的可能性也增加了，無法同時實現認知用戶的頻譜感知與頻譜接入。因此，認知用戶的頻譜感知時間與頻譜接入時間之間的折中是一個困擾當前認知動態頻譜接入的難題。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，解決認知用戶頻譜感知與頻譜接入不能同時進行的難題，提供一種動態頻譜接入方法，頻譜感知與頻譜接入可以同時實現，既可以降低認知用戶和授權用戶碰撞概率，又可以提高頻譜資源使用率。其技術方案如下：

所述動態頻譜接入方法，認知用戶連續感知周圍環境中的頻譜信號，從中獲得并接入空閑的授權用戶頻譜，在接入所述授權用戶頻譜的同時繼續感知周圍信號頻譜。

所述動態頻譜接入方法進一步設計在于，所述認知用戶周圍環境中存在的頻譜信號包括信道噪聲頻譜信號n(t)、認知用戶自身干擾頻譜信號s(t)和授權用戶頻譜信號x(t)，認知用戶感知接收到的信號r(t)包括不存在授權用戶信號頻譜的情形H₀和存在授權用戶信號頻譜的情形H₁

H₀：r(t)=n(t)+s(t)H₁：r(t)=n(t)+z(t)+x(t)

其中：0≤t≤T_s，T_s為認知用戶頻譜檢測時間。

所述動態頻譜接入方法進一步設計在于，所述認知用戶連續感知周圍環境中頻譜信號的步驟包括

1）干擾信號估計，認知用戶通過傳輸的自身樣本信號sT(t)對接收信號r(t)中的干擾信號s(t)大小進行估計，并構建一個與干擾信號s(t)完全相同的估計信號s’(t)；

2）干擾信號消除，從認知用戶接收到的信號r(t)中減去估計信號s’(t)，從而得到提供給頻譜檢測器檢測的新檢測信號y(t)，y(t)=r(t)－s’(t)，所述新檢測信號y(t)與所述樣本信號sT(t)的互相關系數ρ應小于一個給定的正數ε，否則重新構建估計信號s’(t)；

3）頻譜檢測，對所述新檢測信號y(t)進行頻譜檢測，判定是否存在授權用戶信號x(t)。

所述動態頻譜接入方法進一步設計在于，所述重新構建估計信號s’(t)是在由所述干擾信號估計步驟和干擾信號消除步驟所形成的一個閉環自適應控制過程中進行，直到互相關系數ρ小于一個給定的正數ε，該閉環控制過程完成。