[发明专利]一种基于信道感知和预测的多址接入方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于信道感知和预测的多址接入方法。

背景技术

认知无线电(cognitive radio，CR)作为一种新型的智能无线传输技术，它通过感知周围的无线传输特征，自适应地调整传输参数，有效解决了频谱资源匮乏的问题。传统的信道感知多接入方法包括CSMA(载波侦听多址接入)及其衍生方法，如CSMA/CD(载波侦听冲突检测)，CSMA/CA(载波侦听冲突避免)等。此类算法的基本思想是：当用户想要发送数据时，先侦听信道，若侦听到信道空闲，则用户可以传输，否则，一直侦听直到信道空闲然后立即传输；若用户在传输中侦听到冲突，立即停止传输，并等待一段随机的时间，再次试图传输。虽然传统CSMA算法也能在一定程度上保护授权用户的正常传输，但是随机退避会使非授权用户损失掉很多传输机会，信道使用效率不高。

实际上在认知环境下，授权用户(Primary User，PU)对信道的占用情况具有一定的统计规律以及时频相关性，即授权用户的使用具有一定的突发性和相关性，且这种突发性和相关性是时变的，在某些时段可能使用较为频繁，某些时间段内使用比较稀疏。因此授权用户占用信道的统计规律可以建模为一个具有时变参数的非独立增量过程。非授权用户(Secondary User，SU)占用信道的时间越长，它与授权用户发生冲突的概率就越大；同样的，非授权用户退避的时间越长，虽可以避免与授权用户的冲突，但它损失的传输机会就越多，信道使用效率较低。因此，为最大限度地提高非授权用户使用信道的效率，可以在感知的基础上结合预测机制充分利用授权用户占用信道的统计规律，设计出一种认知多接入机制，不仅能对信道空闲充分利用，还能对冲突进行主动避免，从而保护授权用户，提高信道利用效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于信道感知和预测的多址接入方法。

基于信道感知和预测的多址接入方法是非授权用户只有在感知到信道空闲时才能占用信道，非授权用户进入传输过程，否则非授权用户要一直侦听信道；在传输过程中，非授权用户一边发送数据，一边感知信道状态，并根据感知结果、已经用去的传输时间、授权用户占用信道的统计规律以及授权用户的阻塞概率约束，进行非授权用户传输过程期间的信道状态和状态持续时间的预测，直到预测的信道状态为信道被授权用户占用，非授权用户进入退避过程；在退避过程中，非授权用户仅感知信道状态，并根据感知结果、已经用去的退避时间、授权用户占用信道的统计规律以及授权用户的阻塞概率约束，进行非授权用户退避过程期间的信道状态和状态持续时间的预测，直到预测的信道状态为信道空闲，非授权用户进入传输过程；非授权用户的传输过程和退避过程交替进行，其传输时间和退避时间不是固定的，由非授权用户根据改进算法决定；非授权用户采用递归误差预测方法进行参数估计，使得非授权用户不需要对某频段进行长期观察以获得频谱使用情况的统计参数。

所述非授权用户进入传输过程包括如下步骤：

(a)在第i个时隙开始时，如果非授权用户预测的授权用户的状态为空闲，预测的传输时间为T_dPⁱ，则非授权用户进入传输状态；

(b)如果在预测的传输时间T_dPⁱ内检测到授权用户的状态从空闲变为忙，则认为第i个时隙终止，进入下一个时隙；第(i+1)个时隙的授权用户的预测状态为忙，更新第i个时隙的实际传输时间T_dRⁱ以及统计参数，并利用授权用户占用信道的统计规律以及授权用户的阻塞概率约束预测非授权用户在第(i+1)个时隙的退避时间T_bPⁱ⁺¹；

(c)如果在预测的传输时间T_dPⁱ内没有检测到授权用户状态从空闲变为忙，则根据授权用户占用信道的统计规律预测授权用户的状态；

(d)如果预测的授权用户状态为空闲，则根据授权用户占用信道的统计规律以及授权用户的阻塞概率约束预测剩余的传输时间T_dPⁱ；

(e)如果授权用户的预测状态为忙，则认为第i个时隙终止，进入下一个时隙；更新第i个时隙的实际传输时间T_dRⁱ以及统计参数，并利用授权用户占用信道的统计规律以及授权用户的阻塞概率约束预测非授权用户在第(i+1)个时隙的退避时间T_bPⁱ⁺¹；