[发明专利]一种基于协同感知的动态频谱接入方法与系统

权利要求书

1.一种基于协同感知的动态频谱接入系统，所述动态频谱接入系统是面向动态频谱接入优化的基于FPGA的SDR平台；包括：计算机主机、FPGA和射频前端，能够与商用网卡实时通信；还包括在计算机主机和FPGA上优化的认知无线电模块；以所述计算机主机作为上位机，所述认知无线电模块包括频谱感知信息提取模块、协同频谱分析和频谱决策模块以及上位机和FPGA相配合分析决策模块；

FPGA中设置PHY层频谱感知接口和MAC层辅助感知信息接口，用于实现认知无线电模块所需的低延迟频谱感知、分析和决策，并在嵌入式处理器e-Proc中进行频谱分析、即时决策，重配置通信参数；嵌入式处理器e-Proc在FPGA中实现；

在计算机主机中设置获取频谱感知信息和重配置底层通信参数的接口，获取到更加丰富的感知信息，并进行更加准确详细的统计分析，做出最终决策，重配置通信参数。

2.如权利要求1所述基于协同感知的动态频谱接入系统，其特征是，连接上位机和FPGA的方式包括USB方式。

3.如权利要求1所述基于协同感知的动态频谱接入系统，其特征是，认知无线电模块中的频谱感知信息提取模块，用于从无线网络底层获取反映信道状况的各种参数，并进行处理；认知无线电模块中的协同频谱分析和频谱决策模块，用于综合各种频谱感知信息，对信道进行评估；认知无线电模块中的上位机和FPGA相配合分析决策模块，用于结合基于e-Proc的即时分析决策和基于上位机的统计分析决策，实现兼顾低延迟和准确性的分析决策。

4.如权利要求1所述基于协同感知的动态频谱接入系统，其特征是，所述系统实现802.11a/g协议。

5.一种基于协同感知的动态频谱接入方法，通过获取丰富的频谱感知信息，进行更准确的动态频谱接入，实现更准确的分析决策；包括频谱感知信息提取过程和动态频谱接入过程；

1)所述频谱感知信息提取包括：设计实现面向认知无线电的无线网络MAC层和PHY层、计算与获取频谱感知信息、汇总传输频谱感知信息；实现从无线网络底层获取各种频谱感知信息，进行处理得到能够反映信道状况的各种参数；

具体执行如下步骤：

A1.设计实现面向认知无线电的无线网络MAC层和PHY层；

A11.PHY层设计与实现：PHY层包括射频前端与PHY层接口、PHY层接收端、PHY层频谱感知模块；

在射频前端与PHY层接口处，将基带信号复制为三路，第一路送入PHY层解码流水线的同步模块；第二路送入FFT模块，进一步进行能量计算；第三路送入基带数据打包模块，进行数据打包，上传至计算机主机；上述三路数据流分别简称为解码数据流、能量数据流和基带数据流；通过解码数据流获取大部分频谱感知信息，通过能量数据流获取能量值，通过基带数据流获取基带数据；

A12.设计实现MAC层，主要涉及Low MAC部分；包括如下步骤：

A121.由一个嵌入式处理器e-Proc和多个IP核组成Low MAC；将嵌入式处理器e-Proc和多个IP核连接到一条总线AXI bus上，实现IP核与e-Proc之间的通信；在e-Proc中实现分析和决策算法；IP核包括MAC层IP核、感知IP核、接口IP核；

A122.将e-Proc与FPGA芯片一起封装，实现低延迟通信；

A123.在e-Proc中实现即时分析决策模块与Low MAC，支持基于e-Proc的即时分析决策和基于计算机主机的统计分析决策；

即时分析决策是：e-Proc在相应接口IP核获取MAC层和PHY层感知信息，经过简单的分析和决策算法后，e-Proc将重配置参数信息发送给对应的接口IP核，以改变相关通信参数；

基于计算机主机的统计分析决策是：在计算机主机中使用MAC层和PHY层感知信息进行协同感知分析；由计算机主机将决策信息通过计算机主机接口IP核传递给low MAC，并进一步完成参数重配置；

A2.计算与获取频谱感知信息，包括如下步骤：

A21.计算与获取PHY层频谱感知信息，包括能量值、SNR；

A22.计算与获取MAC层频谱感知信息，包括平均回退时间和信道占用率；

A3.频谱感知信息的汇总传输，包括如下步骤：

A31.将信息进行组合，整体上传至计算机主机；包括下行的参数重配置信息和上行的频谱感知信息；

A32.输出感知信息帧；感知信息帧包括：MAC层感知信息、PHY层感知信息和/或基带数据；将输出的感知信息帧与low MAC RX输出的通信数据帧统一接入多选器模块，根据先后顺序，择一上传至计算机主机；

2)以所述计算机主机作为上位机，所述动态频谱接入过程包括：协同频谱分析和频谱决策过程、上位机与FPGA相配合的分析决策过程；

B1)通过所述协同频谱分析和频谱决策过程，利用多种频谱感知信息，对信道进行更加详细准确的评估；

B2)通过所述上位机和FPGA相配合的分析决策过程，利用基于e-Proc的即时分析决策和基于上位机的统计分析决策，进行兼顾低延迟和准确性的分析决策，获得频谱重构策略；即时分析决策延迟低，能够充分利用频谱空洞；统计分析决策准确性高，能精确地重构通信参数；

通过上述步骤，实现基于协同感知的动态频谱接入。