[发明专利]认知无线电中基于时间序列预测的信道选择方法

说明书

一种认知无线电中基于时间序列预测的信道选择方法。认知用户将可用的授权频带均等地划分为多个子频带，在发起业务传输之前，通过频谱感知获得当前空闲的子频带，并查询所有子频带的授权用户历史占用概率。依据空闲子频带的个数和位置，将空闲子频带划分为多个子频带群。对于每一个子频带群，利用基于距离因子的时间序列预测技术，对对应子频带群内的授权用户在认知用户业务持续时长内的出现概率进行预测，选择授权用户出现概率最小的子频带群作为通信信道。该方法考虑了授权用户的历史占用信息，并通过预测实现了认知用户信道选择由被动方式向主动响应渐近，有效降低了认知用户在业务传输过程中的切换概率，提升了认知用户的吞吐量。

技术领域

本发明涉及一种适用于认知无线电的信道选择方法，属于通信技术领域。

背景技术

随着无线通信技术和无线应用的飞速发展，频谱资源紧缺已经成为限制无线通信和业务可持续发展的瓶颈。传统的固定式的无线电频谱分配及访问方式已经不能够满足无线通信技术和业务的发展需求，一方面，大量的频段被分配给低活跃概率的授权用户，造成频谱资源大量空闲和浪费；另一方面，日益拥挤的频谱环境使得大量的无线业务和应用由于频率资源的紧缺和限制而得不到有效地应用和发展。来自美国国家无线网络研究实验床项目的测量报告表明，在3GHz以下频段的平均频谱利用率仅有5.2％，从时间和空间上来看，频谱资源存在极大的空闲和浪费。为了较好地缓解这一矛盾，有效提高电磁频谱的利用效率，人们提出了认知无线电的基本概念。认知无线电的基本出发点就是：具备认知功能的无线电设备通过感知授权频段，检测空闲频谱，在不对授权系统造成有害干扰的前提下，采用机会式接入的方式占用其频段进行业务传输，提高频谱的使用效率。

对于一个实际部署的认知无线电而言，在同一时间、空间内，其可能检测到存在多个空闲可用的授权频段。选择合适的授权频段进行接入，一方面可减少认知无线电设备对授权用户的干扰，同时，对于认知用户本身而言，也可有效减少其在业务传输过程中的切换和中断概率，有效提升认知终端的吞吐量，极大地改善认知无线电系统的用户体验。在已有的认知无线电信道选择方法中，有的方法采用“贪婪”策略，即当检测到存在可用频谱时，认知用户占用尽可能多的空闲频谱进行业务传输，这在一定程度上提升了单个认知终端的业务传输能力，但就整个认知无线网络而言，这样的行为将使得其它有业务传输需求的认知终端因为无法检测到空闲频谱而无法完成用户正常的业务请求。有的方法采用随机接入的方式进行信道选择，这样的方法虽然有效地避免了因为“贪婪”用户的存在而造成整个认知无线网络业务阻塞的问题，但其没有充分利用空闲授权频段内授权信号的历史活跃信息，其信道选择具有一定的盲目性。且现有的认知无线电信道选择技术对于授权用户出现均采用被动响应的方式，即在检测到授权用户信号后中断当前通信，选择新的空闲频谱继续进行业务传输的方式，其没有在信道选择时充分考虑授权频段授权信号的活跃规律，使得其错过了最佳接入频段，极有可能由于欠佳的信道选择造成认知用户在通信过程中发生中断，降低了认知用户的吞吐量。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种利用授权频段授权信号历史活跃概率进行认知无线电信道选择的方法，该方法充分利用了授权信号的历史信息，采用提出的基于距离因子的时间序列预测技术，对认知用户业务持续时间内特定授权频段授权信号的出现概率进行预测，在此基础上，认知用户选择授权信号出现概率最小的频段进行接入，实现信道选择由被动方式向主动响应渐近，有效降低了认知用户在业务传输过程中的切换概率，提升了认知用户的吞吐量。它主要包含两大关键部分，第一部分是基于距离因子的时间序列预测技术，第二部分是在此基础上进行的认知用户信道选择算法。