[發(fā)明專利]一種認(rèn)知無線電中應(yīng)用的信道隨機征用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510229132.6
• 申請日: 2015-05-07
• 公開（公告）號: CN104994509B
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邵玉斌;王騰;田利媛;杜慶治
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號: H04W16/10
• 分類號: H04W16/10;H04W74/08
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• 代理人: 暫無信息

1.一種認(rèn)知無線電中應(yīng)用的信道隨機征用方法，其特征在于：首先網(wǎng)絡(luò)信道依據(jù)隨機游走模型來隨機形成信道矩陣；隨后采用擇機頻譜分配方式將未授權(quán)用戶分配到信道中；計算未授權(quán)用戶信道征用的概率；未授權(quán)用戶和已授權(quán)用戶進(jìn)行信道征用；具有優(yōu)先權(quán)的已授權(quán)用戶會率先隨機的占用一個可用信道進(jìn)行正常通信；隨后分配到信道中的未授權(quán)用戶根據(jù)信道征用概率開始對信道占用情況進(jìn)行檢測分析，首先對信道征用概率高的信道進(jìn)行檢測分析，如果檢測到已授權(quán)用戶不占用該信道或有空閑信道時，未授權(quán)用戶就使用該信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；如果沒有檢測到可用信道且信道征用周期結(jié)束，則未授權(quán)用戶無法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，終止未授權(quán)用戶對信道的征用，并等待下一次的信道征用；并統(tǒng)計本次信道征用中所有用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)通信所產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)吞吐量來形成初始化系統(tǒng)模型和優(yōu)化目標(biāo)，這樣依次不斷的循環(huán)，采用并行處理算法來隨機征用信道，將得到的有效吞吐量進(jìn)行比較，直到統(tǒng)計的網(wǎng)絡(luò)吞吐量達(dá)到收斂時獲得最優(yōu)的自適應(yīng)模型信道隨機征用方法；

所述認(rèn)知無線電中應(yīng)用的信道隨機征用方法的具體步驟如下：

Step1、網(wǎng)絡(luò)信道依據(jù)隨機游走模型獲取信道矩陣H_m×n：

首先在網(wǎng)絡(luò)中運用隨機游走模型y(t)＝ε+y(t-1)+e(t)，不斷的改變t的值，使得每個t對應(yīng)著一個信道，最終得到一系列的信道，把這些得到的信道有序的放到矩陣中形成m×n維隨機信道矩陣H_m×n：

其中，y(t)表示信道序列，e(t)表示隨機項，并且E[e(t)]＝0，ε表示常數(shù)項，H_m,n表示第m行的第n個信道；

Step2、把未授權(quán)用戶采用擇機頻譜分配方式分配到網(wǎng)絡(luò)信道中，網(wǎng)絡(luò)信道形成通信模型：

設(shè)定一個認(rèn)知無線電通信系統(tǒng)中有v個已授權(quán)用戶，s個未授權(quán)用戶，那么每個已授權(quán)用戶都對應(yīng)唯一的信道，并且已授權(quán)用戶對信道的使用權(quán)高于未授權(quán)用戶；

首先把s個未授權(quán)用戶采用擇機頻譜分配方式分配到網(wǎng)絡(luò)信道中，s個未授權(quán)用戶任意的檢測由Step1中得到的信道矩陣H_m×n中信道的占用情況，不斷的循環(huán)來形成通信模型；

其中，信道矩陣H_m×n是由v個信道組成的m×n維的矩陣，每一項H(m,n)表示一個信道；

Step3、計算未授權(quán)用戶信道征用的概率：

在所有v個已授權(quán)用戶，s個未授權(quán)用戶隨機分配的信道中，根據(jù)信道的可征用概率來計算得到用戶能在此信道進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)量，由于事先沒有確定的信道占用信息，故依據(jù)香農(nóng)定理得到符合隨機信道的空閑概率，計算公式如下為

其中，p(k)表示某個未授權(quán)用戶在第k次循環(huán)能征用某信道的概率；c表示修正常數(shù)，并且c≥0，ln是以e為底的對數(shù)，k是檢測次數(shù)，未授權(quán)用戶征用到信道的概率與算法的循環(huán)檢測次數(shù)k有關(guān)，k值越小，用戶使用該信道的通信時間越長，網(wǎng)絡(luò)的吞吐量也就越大；

Step4、未授權(quán)用戶和已授權(quán)用戶進(jìn)行信道征用：

Step4.1、在信道矩陣H_m×n中，v個已授權(quán)用戶和s個未授權(quán)用戶同時去征用信道H(m,n)，由于已授權(quán)用戶對信道的使用權(quán)優(yōu)于未授權(quán)用戶，那么v個已授權(quán)用戶先隨機占用一個可用信道H(m,n)進(jìn)行正常通信；

Step4.2、隨后分配到信道中的s個未授權(quán)用戶根據(jù)信道征用概率開始對信道占用情況進(jìn)行檢測分析，首先對信道征用概率高的信道進(jìn)行檢測分析；

如果征用過程中檢測到空閑的可用信道，那么未授權(quán)用戶就使用此空閑信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；

如果未授權(quán)用戶沒有檢測到可用信道或是檢測到的信道已經(jīng)被其他用戶占用或信道征用循環(huán)周期結(jié)束，則結(jié)束未授權(quán)用戶對本次信道的檢測征用，等待下一輪信道的征用到來，繼續(xù)對信道進(jìn)行檢測征用，采用這種循環(huán)向后跳位的方法依次循環(huán)征用信道，直到所有循環(huán)結(jié)束；

Step5、統(tǒng)計本次信道征用中所有用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)通信所產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)吞吐量：

在信道矩陣H_m×n中，用戶不斷的循環(huán)征用信道，一旦征用到可用的信道，用戶就使用該信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)而產(chǎn)生一定的數(shù)據(jù)吞吐量，從而計算得第k次循環(huán)的有效吞吐量Ο_k(v)：

其中，λ表示數(shù)據(jù)傳輸速率，k表示信道征用循環(huán)次數(shù)，β表示信道檢測時間，T表示信道征用循環(huán)周期；

Step6、確定最優(yōu)模型：

重復(fù)上述的步驟Step4、步驟Step5，未授權(quán)用戶在不同周期內(nèi)多次循環(huán)隨機征用信道，將得到的有效吞吐量進(jìn)行比較，直到使得信道產(chǎn)生的吞吐量達(dá)到最優(yōu)且基本不變化時，選取此時循環(huán)的矩陣模型作為信道隨機征用的最優(yōu)方法。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知無線電中應(yīng)用的信道隨機征用方法，其特征在于：在所述步驟Step5中，當(dāng)信道循環(huán)征用過程結(jié)束后，把檢測到的已被用戶占用并且能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的信道H(m,n)標(biāo)記為“1”，其他的信道標(biāo)記為“0”，這樣就從隨機信道矩陣H_m×n轉(zhuǎn)換到了有效信道矩陣Ht，這種依次不斷的進(jìn)行循環(huán)，在給定參數(shù)的條件下，不斷的計算得到每次的吞吐量，所有循環(huán)結(jié)束后，會得到相對應(yīng)的模型。