[發明專利]一種基于置換群的多天線認知無線網絡信道匯合方法

有效

• 申請號: 201410719074.0
• 申請日: 2014-11-30
• 公開（公告）號: CN105722092B
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 梁煒;于海斌;楊博;張曉玲
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: H04W16/02
• 分類號: H04W16/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 徐麗;周秀梅

本發明涉及無線網絡技術，是一種基于置換群的多天線認知無線網絡信道匯合方法，可以使配備多根天線的認知用戶在無需時鐘同步的情況下實現信道盲匯合。本發明在設計跳頻序列時充分利用信道多樣性、置換群封閉性、多天線并發性等特性，將正多面體或正多邊形按不同類型的對稱軸旋轉不同角度所得的置換群作為基礎，進行循環拼接，并且不同天線可按照不同規律獨立生成跳頻序列并切換信道，序列生成方式多樣且靈活，通過并行搜索可保證在有限時間內盡可能快并且盡可能多地與其它認知用戶實現確定性匯合，是一種適用性較廣、可應用于大規模無線網絡的高效的盲信道匯合方法。

技術領域

本發明涉及無線網絡技術，具體是一種基于置換群的多天線認知無線網絡信道匯合方法。

背景技術

認知無線技術是目前解決靜態頻譜分配方式所導致的頻譜利用率低下問題的很有前景的技術，采用動態頻譜接入方式可有效提高授權頻段的利用率。由于認知網中的主用戶對頻譜使用的優先級高于次用戶，次用戶在使用頻段之前需要探測主用戶信號，采用襯底(Underlay)或疊加(Overlay)頻譜共享機制實現和主用戶的共存，以避免對主用戶的通信產生干擾。

認知無線網絡組網協議設計的基礎是發送方能找到接收方，并采用相同信道進行通信。信道匯合機制針對該問題為次用戶提供公共傳輸媒介以建立通信鏈路，是完成控制指令交互和數據信息傳輸的必要過程，是實現鄰居發現、收發雙方握手、拓撲控制及路由請求廣播和路由信息更新等過程的前提條件。

根據是否依賴網絡預設的專用公共控制信道，目前信道匯合策略分為有輔助的信道匯合和盲信道匯合兩類。有輔助的信道匯合策略又稱為基于專用公共控制信道的信道匯合策略，繼承了傳統多信道無線網絡介質訪問控制(MAC，Medium Access Control)協議設計的思想，屬于靜態主動的信道匯合策略。由于預設專用公共控制信道是次用戶已知的信道匯合點，因而可簡化次用戶之間完成信道匯合和建立通信鏈路的過程。但覆蓋全網的專用公共控制信道極易因網絡負載的增加而成為限制網絡容量的瓶頸。公共控制信道容易受主用戶活動的影響，當主用戶出現在控制信道時，所有的次用戶必須延遲通信并切換至其它信道，致使網絡的吞吐量降低，況且當主用戶長期占用控制信道，就阻塞了次用戶的接入，即在認知無線網絡中，公共控制信道也不能保證始終可用。此外，專用公共控制信道會因拒絕服務攻擊給網絡帶來單點失效的問題。盲信道匯合策略不依賴于專用公共控制信道，是一種動態按需的信道匯合策略，適合于認知無線網絡信道可用性動態變化的特性，進而可分為基于信號處理的信道匯合、基于面向接收者的信道匯合、基于信道跳轉序列的信道匯合以及基于分組/分簇的信道匯合策略等。認知無線電設備優良的信道切換性能，使得信道跳轉方式成為當前實現次用戶盲信道匯合的主要方法。基于信道跳轉序列的信道匯合工作在時隙系統上，每個次用戶按照序列生成算法構造自己的信道跳轉序列，該序列決定了次用戶信道跳轉軌跡。一旦發送方和接收方通過信道跳轉切換至同一信道，該信道就成為匯合信道。信道跳轉序列的設計有依賴時鐘同步的同步序列和不依賴時鐘同步的異步序列，顯然后者的適用性更廣。信道跳頻方法的覆蓋范圍是非全網的，可有效避免用戶出現行為趨同現象。為防止匯合信道擁塞，在設計時需要保證網絡的所有信道都有相同的機會成為匯合信道，保證信道被接入使用的公平性。通過將匯合信道分散到所有信道上，可充分利用認知無線網絡信道多樣性的特點。然而采用該方法，次用戶為實現信道匯合需要頻繁地切換信道，時間開銷較大。為此，設計在有限時間內盡可能快地實現確定性匯合的跳頻序列是最為關鍵的。

目前基于信道跳轉序列的匯合策略主要考慮各次用戶只需要配置一根天線，這是大多數網絡設備最常具備的配置。但在認知無線網絡這種多信道而且信道可用性動態變化的網絡中，匯合搜索的時延開銷通常會很大，只配置一根天線的處理能力會很受限制，成為制約整體性能的瓶頸。通過使用多天線的認知無線電設備，每根天線都獨立地按照各自的跳頻序列進行跳轉，可更有效地利用信道多樣性的特征，只要收發雙方的任意一根天線在相同時隙內跳轉至同一信道，即可實現匯合，這種多天線并行處理的跳頻方法是一種提高搜索效率的有效途徑。

發明內容