[发明专利]一种认知无线电网络频谱切换方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种认知无线电通信技术，具体地说是一种认知无线电网络频谱切换方法。

背景技术

认知无线电通信系统中，当主用户出现在授权频谱时。认知用户必须及时空出该频段，这个过程称作频谱切换，用于使其通信时在不同的频段上进行转换，完成认知用户的业务传输，良好的频谱切换技术能够降低认知用户切换的次数、减少掉话率、提高认知用户的通信质量。

与本发明相关的公开报道有：1、“认知无线电网络中频谱切换概率研究”(《世界科技研究与发展》2009年第五期)提出了一种描述频谱移动和认知用户行为的时间关系模型，并对该时间模型下的频谱切换概率问题进行了研究。推导了一次认知业务请求服务时间内。发生频谱切换的概率的公式，研究了频谱空洞消失的速率与认知业务离开的速率对频谱切换概率的影响。2、“认知无线电主动切换的延时优化”(《电子测量技术》2009年32卷第九期)在分析切换机制分类的基础上，提出了一种基于信道空闲概率排序的频谱切换算法，并且通过仿真验证了其理论上的有效性。3、“基于认知的频谱切换技术”(《中兴通信技术》2009第15卷第二期)一文利用认知频谱检测、动态频谱分配、重配置等技术，考虑短时频谱特征与业务特征的匹配程度，在通信过程中网络侧选择待切换终端发起切换命令，解决由于容量受限而导致的系统过载、无法接纳新会话等问题，并在保证用户服务质量(QoS)的前提下提高切换成功率，有效消除过载现象，从而增大系统吞吐量，允许更多的会话接入，降低阻塞率，提升通信系统性能。4、“Fuzzy-ba sed Spectrum Handoff in Cognitive Radio Networks”一文中基于模糊控制进行频谱切换，能够有效的执行频谱切换的判定。

虽然已有很多关于认知无线网络的频谱切换算法的研究，但是这些已有算法只是完成了频谱切换过程中某一方面的改进，没有从整体上实现认知无线电网络的频谱切换技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在最小切换次数的条件下，能高质量的完成认知用户之间的通信的认知无线电网络频谱切换方法。

本发明的目的是这样实现的：

由天线宽带射频前端接入信道频谱数据，经过认知用户的频谱检测后确定固有资源，当认知用户提出数据传输的请求时，首先，测量认知用户数据的负载容量，与固有资源进行比较，判断是否能在固有资源上进行切换用以完成数据传输，如果不能则提前启动实时资源的频谱检测的方案；其次，认知用户开始通过自身携带的天线进行数据传输，当认知用户在主用户授权的信道上传输时，主用户对其产生干扰的情况下，进入基于遗传算法优化的模糊控制器的切换判决，判定认知用户是否要执行频谱切换，如果是，在资源整合模块间执行频谱切换；如果不需要进行频谱切换，则降低认知用户的发射功率，以便继续使用原有的信道进行数据传输，最后，判定认知用户数据是否传输完成，如果没有完成，则继续执行频谱判决，通过在资源整合模块上的切换，完成认知用户的通信。

所述的资源整合模块设定2到3个门限值，依据门限值确定最优、次优的可用信道，然后进行标号，用于形成整合资源频谱列表中的频谱资源；所述资源包括固有资源和实时资源，固有资源是指经过提前检测长期没被授权用户占用的频谱资源，根据资源被使用的概率的大小和信道质量形成资源频谱使用列表；另一种资源是实时资源，在每一段的频谱上使用一根天线快速实时检测主用户空闲出来的频谱，形成实时的频谱资源列表，一方面对实时资源列表中的频谱资源依照其被使用的概率大小和信道质量进行排序，另一方面实时的检测、更新频谱资源列表。

所述切换预判包括：一方面对认知用户的负载进行测量，比较固定的频谱资源容量和要求通信的认知用户的负载之间的大小关系，确定是否可以在固有资源上完成通信，如果可以在固有资源上完成通信，那么是最好的情况，如果不能，则启动实时频谱资源，完成认知用户之间的通信；另一方面如果认知用户的所传输的业务要求时延很短，那么用固有资源完成通信。

所述切换判决由基于遗传算法优化的模糊控制器完成认知用户的切换判决；包括两个模糊控制判决器，第一个模糊判决器通过输入模糊控制变量的隶属度函数集来判定认知用户的发射功率的高、中、低；第二个模糊控制器通过输入模糊控制变量的隶属度函数判定认知用户是否需要进行切换；在模糊控制执行切换判决的过程中，遗传算法不仅对每个模糊控制器的输入变量进行优化，而且对第二个模糊控制器中有可能发生切换的策略矩阵进行优化。

本发明的方法的主要特点如下：