[发明专利]认知无线网络中的多用户协作信道选择方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种认知无线网络中的多用户协作信道选择方法。

背景技术

由于现有的频谱分配和管理策略存在着频谱利用率不高、分配不够灵活等问题，工业界和学术界研究使用认知无线电来实现动态的频谱接入，以提高频谱利用率。目前，采用认知无线电技术的认知用户是通过对授权频段的检测以寻找空闲状态信道实现动态频谱接入。由于空闲资源的出现具有随机性，如果认知用户采用随机的方式选择授权频段进行检测以寻找空闲信道，那么频谱选择的盲目性将导致认知用户的频谱检测效率的降低，使得认知用户的传输质量难以得到保障，尤其是对于有传输速率和时延要求的认知用户。同时，频繁的频谱检测和切换也会耗费认知用户的有效传输时间，这将限制频谱利用率的提高。

现有的认知用户频谱感知和接入是以对目标信道的统计和学习而得到的目标信道的特征信息为基础。但是，当认知用户处于多目标信道共存的无线环境中，而且不同的目标信道采用的传输技术可能不尽相同，认知用户为了保障其传输质量，如固定传输速率要求，认知用户需要在有限的时间内检测到空闲的授权信道进行传输。但是由于频谱感知需要消耗一定时间，而且可能有的认知用户的频谱检测能力有限，为了保障认知用户的传输质量，在对认知用户的频谱感知和接入策略的设计中需要考虑到认知用户的实际感知能力和频谱感知效率。但是目前在对认知用户的频谱感知和接入的研究主要集中于对物理层传输参数的控制和优化，如发射功率、干扰温度等，而对认知用户如何选择合适的目标信道以提高频谱检测效率和保障传输质量的研究较少。现有的认知无线网络中的信道选择方法都是通过认知用户对目标信道的长时间的检测和状态统计来完成对目标信道的特性估计，并依据估计信息进行信道的选择。通常认知用户无法直接获得目标信道的特性信息，认知用户仅能通过自身对目标信道的不断感知和记录才能获得为接入决策提供判断依据的信道统计信息。而认知用户对授权信道的检测必将消耗一定的时间，尤其是当目标授权信道数量较多时，用于信道检测时间与认知用户有效传输时间相比难以忽略。而且，认知用户在授权信道上的驻留时间有限，对授权信道状态的统计信息无法包含授权信道的所有状态，因此得到的授权信道的统计特性并不一定能够准确地反映授权信道的真实状况。那么这将对认知用户的信道选择和接入产生负面影响，将直接影响到授权系统和认知用户的性能。

由于认知用户的传输是基于目标信道上的空闲时隙，那么目标信道的空闲状态的时间比例是保证认知用户传输质量的重要因素，现有的研究针对认知用户的传输需求提出了不同的信道选择的标准。对有传输速率要求的认知用户，那么可以从长期统计的角度理解为在授权信道上每个时隙内需要有一定比例的空闲状态使得认知用户可以在授权信道上传输，即认知用户对于授权信道的业务的空闲状态时间比例有一定的要求，而依据目标信道的占空比进行信道选择是目前认知无线网络中进行信道选择方法设计的重要准则之一。

在现有的认知无线网络中，认知用户通常根据目标信道的特性作为信道选择的依据，如占空比、信噪比等。如果目标信道的特征信息无法直接传送给认知用户，那么认知用户仅能通过对目标信道的不断检测和统计才能获得目标信道的特征信息，并以此作为进行信道和接入策略选择的依据。长时间的信道检测和统计必然消耗认知用户一定的时间，尤其是当目标信道数量较多时，用于信道检测的时间与认知用户有效传输时间相比难以忽略。而且，由于认知用户对目标信道的检测和统计时间有限，难以获得对目标信道特性的准确估计，这也将对认知用户的信道选择和接入产生负面影响。

现有技术存在的缺陷有：

1.现有的认知用户的频谱感知和接入策略的选择是基于认知用户对目标信道的长时间的检测和统计结果。同时，认知用户的频谱检测和切换将消耗掉认知用户的有效传输时间。通过认知用户自身完成对所有目标信道的检测和统计以获得目标信道的特性信息是一种相对低效的信道特性估计方法，而且不利于频谱效率的提高。

2.认知无线网络中多用户协作的应用主要集中在对目标信道的状态检测，而采用多用户协作进行信道选择的研究尚为空白。

3.现有的认知无线网络中对目标信道特性参数的统计值的处理方法效率低，估计精度不高，影响认知用户的接入效率和信道选择的准确度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种认知无线网络中的多用户协作信道选择方法，该方法使认知用户能够根据目标信道的特性快速地区分信道和接入，提高认知用户的吞吐量和频谱利用率。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。