[发明专利]一种基于协同感知的动态频谱接入方法与系统

说明书

本发明提供一种基于协同感知的动态频谱接入方法与系统，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；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和上位机和FPGA相配合分析决策模块。本发明能够获取到更加丰富的无线网络底层频谱感知信息，并可以根据这些感知信息进行更加准确的分析，得出详细的信道状况和干扰信道的原因，能够兼顾低延迟和准确性，更加即时准确地捕获频谱空洞，并加以利用，进而做出相应的决策。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及无线接入技术，尤其涉及一种基于协同感知的动态频谱接入方法与系统。

背景技术

从1997年发布的802.11b修正案，到如今已经商用的802.11ac协议，无线物理层的理论吞吐率也由最初的2Mbps提升到了6.9Gbps。然而，在不断提升的通信性能背后，无线频谱资源的使用，也从802.11a的20MHz频宽，提高到802.11ac的80MHz，甚至160MHz频宽。频谱资源是有限的，而能够用于WiFi通信的频谱资源更是紧缺的，这种依靠提高频宽的方式提升网络通信速率的方式是存在极限的。如何在现有条件下，提升通信效率，优化通信体验也成为了研究者关注的一个话题。

在实际的无线通信环境中，通信质量和通信速率受到多种因素的影响，如噪声水平，多径效应，信道扰动等。为了在一定程度上减小各种因素对通信的影响，有人提出了动态频谱接入的概念，用于在现有频谱资源下，提升信道利用率，缓解“无频可用”的问题。动态频谱接入系统需要无线设备具备了解自身通信状况、感知信道环境的能力，并能够根据以上信息进行分析，做出合理决策，重构自身通信参数，从而优化通信状况。

动态频谱接入是认知无线电中的一个概念，而认知无线电可以认为是软件无线电(SDR，Software Defined Radio)的一个子类，在研究和开发中有诸多共同点，因此常使用如GNU Radio等SDR平台来进行动态频谱接入。但传统的SDR平台有很多局限性，难以满足动态频谱接入的需求。这些局限性包括：

(1)很难实时获取无线网络底层信息，部分SDR平台无法实时获取；

(2)能够修改的底层通信参数有限。

此外，商用网卡虽然也能够获取部分无线网络底层信息，但在认知无线电中，其功能性和灵活性均无法与SDR平台相比。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于协同感知的动态频谱接入方法与系统，在无线网络的媒体接入控制子层和物理层中获取多种频谱感知信息，并实现基于这些频谱感知信息的协同分析和决策。

为了便于说明，以下是本文对术语的约定：

MAC层：无线网络中数据链路层的媒体接入控制子层；

PHY层：无线网络中的物理层；

Low MAC：是指MAC层中时序要求较高，与PHY层紧密相连的部分；

FIFO：FPGA中使用随机存取存储器实现的先入先出硬件电路模块；

FFT：Fast Fourier Transformation，快速傅里叶变换；

上行：FPGA向上位机方向；

下行：上位机向FPGA方向；

AP：Access Point，无线接入点；

SDR：Software Defined Radio，软件无线电；

FPGA：Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列；