[发明专利]一种基于置换群的多天线认知无线网络信道汇合方法

说明书

本发明涉及无线网络技术，是一种基于置换群的多天线认知无线网络信道汇合方法，可以使配备多根天线的认知用户在无需时钟同步的情况下实现信道盲汇合。本发明在设计跳频序列时充分利用信道多样性、置换群封闭性、多天线并发性等特性，将正多面体或正多边形按不同类型的对称轴旋转不同角度所得的置换群作为基础，进行循环拼接，并且不同天线可按照不同规律独立生成跳频序列并切换信道，序列生成方式多样且灵活，通过并行搜索可保证在有限时间内尽可能快并且尽可能多地与其它认知用户实现确定性汇合，是一种适用性较广、可应用于大规模无线网络的高效的盲信道汇合方法。

技术领域

本发明涉及无线网络技术，具体是一种基于置换群的多天线认知无线网络信道汇合方法。

背景技术

认知无线技术是目前解决静态频谱分配方式所导致的频谱利用率低下问题的很有前景的技术，采用动态频谱接入方式可有效提高授权频段的利用率。由于认知网中的主用户对频谱使用的优先级高于次用户，次用户在使用频段之前需要探测主用户信号，采用衬底(Underlay)或叠加(Overlay)频谱共享机制实现和主用户的共存，以避免对主用户的通信产生干扰。

认知无线网络组网协议设计的基础是发送方能找到接收方，并采用相同信道进行通信。信道汇合机制针对该问题为次用户提供公共传输媒介以建立通信链路，是完成控制指令交互和数据信息传输的必要过程，是实现邻居发现、收发双方握手、拓扑控制及路由请求广播和路由信息更新等过程的前提条件。

根据是否依赖网络预设的专用公共控制信道，目前信道汇合策略分为有辅助的信道汇合和盲信道汇合两类。有辅助的信道汇合策略又称为基于专用公共控制信道的信道汇合策略，继承了传统多信道无线网络介质访问控制(MAC，Medium Access Control)协议设计的思想，属于静态主动的信道汇合策略。由于预设专用公共控制信道是次用户已知的信道汇合点，因而可简化次用户之间完成信道汇合和建立通信链路的过程。但覆盖全网的专用公共控制信道极易因网络负载的增加而成为限制网络容量的瓶颈。公共控制信道容易受主用户活动的影响，当主用户出现在控制信道时，所有的次用户必须延迟通信并切换至其它信道，致使网络的吞吐量降低，况且当主用户长期占用控制信道，就阻塞了次用户的接入，即在认知无线网络中，公共控制信道也不能保证始终可用。此外，专用公共控制信道会因拒绝服务攻击给网络带来单点失效的问题。盲信道汇合策略不依赖于专用公共控制信道，是一种动态按需的信道汇合策略，适合于认知无线网络信道可用性动态变化的特性，进而可分为基于信号处理的信道汇合、基于面向接收者的信道汇合、基于信道跳转序列的信道汇合以及基于分组/分簇的信道汇合策略等。认知无线电设备优良的信道切换性能，使得信道跳转方式成为当前实现次用户盲信道汇合的主要方法。基于信道跳转序列的信道汇合工作在时隙系统上，每个次用户按照序列生成算法构造自己的信道跳转序列，该序列决定了次用户信道跳转轨迹。一旦发送方和接收方通过信道跳转切换至同一信道，该信道就成为汇合信道。信道跳转序列的设计有依赖时钟同步的同步序列和不依赖时钟同步的异步序列，显然后者的适用性更广。信道跳频方法的覆盖范围是非全网的，可有效避免用户出现行为趋同现象。为防止汇合信道拥塞，在设计时需要保证网络的所有信道都有相同的机会成为汇合信道，保证信道被接入使用的公平性。通过将汇合信道分散到所有信道上，可充分利用认知无线网络信道多样性的特点。然而采用该方法，次用户为实现信道汇合需要频繁地切换信道，时间开销较大。为此，设计在有限时间内尽可能快地实现确定性汇合的跳频序列是最为关键的。

目前基于信道跳转序列的汇合策略主要考虑各次用户只需要配置一根天线，这是大多数网络设备最常具备的配置。但在认知无线网络这种多信道而且信道可用性动态变化的网络中，汇合搜索的时延开销通常会很大，只配置一根天线的处理能力会很受限制，成为制约整体性能的瓶颈。通过使用多天线的认知无线电设备，每根天线都独立地按照各自的跳频序列进行跳转，可更有效地利用信道多样性的特征，只要收发双方的任意一根天线在相同时隙内跳转至同一信道，即可实现汇合，这种多天线并行处理的跳频方法是一种提高搜索效率的有效途径。

发明内容