一种认知无线电频谱切换方法
【专利摘要】本发明公开了一种认知无线电频谱切换方法，包括：S1：对主系统信道进行建模；S2：根据S1中的模型计算信道下一时隙平均切换概率值；S3：设置主动切换门限数值和预留信道门限数值；S4：利用S2中的平均切换概率分别与S3中的主动切换门限和预留信道门限进行比较，确定信道切换方案。本发明提供一种认知无线电频谱切换方法，改变了已有方案中静态预留信道的方式，根据主用户信道特性建立预测模型预测主用户的到来，设置双门限分别用来进行主动切换和动态预留信道，从而在保证强制中断率与静态预留方案相比基本不变的前提下，有效降低了阻塞率，减少了主从碰撞次数，同时提高主从系统的性能，达到了频谱切换性能的提升。
【专利说明】一种认知无线电频谱切换方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信【技术领域】，特别涉及一种认知无线电频谱切换方法，尤其涉及一种基于动态信道预留的认知无线电频谱切换方法。
【背景技术】
[0002]认知无线电技术是一种典型的动态频谱共享技术，是未来无线及移动通信技术演进和发展中最具前景的技术之一。认知无线电这一概念由Joseph Mitola III博士首次提出，它通过与其周围电磁环境的交互，动态地改变自身的工作参数，对授权频谱进行二次利用。认知无线电通过从系统对主系统的授权频段进行频谱检测，发现主系统的空闲频谱资源，并在不干扰主系统通信的前提下，接入主系统授权频谱进行通信。当主系统要使用当前被从系统占用的信道时，从系统在当前信道的通信必须马上中断，退出当前信道。为了继续通信，从系统需要切换到其他空闲信道上继续通信。这个过程就是频谱切换。
[0003]频谱切换在保证主系统通信不受影响的前提下为从系统的通信质量提供了一定程度的保障。除了主系统对频谱资源的使用外，从系统当前通信环境恶劣、地理位置的移动、异构网络间的切换、恶意用户攻击等也是从系统频谱切换的触发条件。但是认知无线电技术是典型的动态频谱共享技术，因此主用户的出现是认知无线电频谱切换有别于其他技术中信道切换的重要触发原因，现有研究大部分集中于此。因此，以下提到的频谱切换均以主用户的出现为触发原因。
[0004]频谱切换存在两大问题:主从碰撞和通信中断。由于在时域上从用户使用授权频谱通常由频谱感知和数据传输两个过程交替构成，这两个过程不能同时进行，因此当从用户利用授权频谱传输数据时无法感知主用户是否到来，如果在此期间有主用户到来，那么在下一个频谱感知时隙前的这段时间内主从用户各自的通信都会受到影响。这种因从用户未能及时发现主用户并退让而产生主从相互干扰的现象叫做主从碰撞。所谓通信中断是指从用户触发频谱切换后如果系统中没有可供其使用的空闲频谱资源那么从用户退出信道后便被强制终止通信，因此通信中断问题影响了从系统的性能。
[0005]对于主从碰撞问题，现有研究主要采取基于预测的方案实现从用户主动切换。与被动切换相比，主动切换减少了主从碰撞的次数，但是主动切换是基于预测的，因此预测的准确性会影响主动切换的性能。
[0006]对于通信中断问题，现有的方案主要是排队等待和信道预留。排队等待机制是当从用户触发频谱切换请求，并且系统中没有空闲信道时，便将该从用户的传输数据缓存到数据缓存器进行排队，等到系统中有可以使用的空闲资源时，再依次传输缓存器中的数据，这样降低了强制中断率。排队等待机制主要支持数据等非实时业务，适用范围有局限性。信道预留机制源于传统蜂窝无线通信网络中越区切换信道预留技术。在认知无线电中的信道预留核心思想是预留一定的频谱资源给从用户频谱切换专用，达到降低强制中断率的目的，实质是以一定阻塞率性能损失换取强制中断率性能的提高。该策略适用范围没有限制，但是考虑到频谱资源的有限性，该机制主要用于对时延要求较高的实时业务。
【发明内容】
[0007](一)要解决的技术问题
[0008]本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种认知无线电频谱切换方法，通过设置双门限分别进行主动切换和信道预留，在保证从系统强制中断率基本不变的前提下，有效降低阻塞率，降低主从碰撞概率，提高频谱利用率。
[0009](二)技术方案
[0010]本发明提供一种认知无线电频谱切换方法，包括:
[0011]S1:对主系统信道进行建模；
[0012]S2:根据SI中的模型计算信道下一时隙平均切换概率值；
[0013]S3:设置主动切换门限数值和预留信道门限数值；
[0014]S4:利用S2中的平均切换概率分别与S3中的主动切换门限和预留信道门限进行比较，确定信道切换方案。
[0015]其中，在SI中，是基于0N/0FF模型对主系统信道进行建模。
[0016]其中，S4包括:
[0017]S41:利用S2中的平均切换概率值与S3中的主动切换门限数值进行比较，若平均切换概率值大于所述主动切换门限数值，则将使用该信道的从用户主动切换到其他空闲信道并结束当前时隙切换，否则执行S42 ；
[0018]S42:利用S2中的平均切换概率值与S3中的预留信道门限数值进行比较，若平均切换概率值大于所述预留信道门限数值，则执行S43，否则结束当前时隙切换；
[0019]S43:标记该信道,并返回S2,直至比较并标记所有信道后计算信道标记总数；
[0020]S44:根据S43所述的信道标记总数计算预留信道数目并等待被动切换；
[0021]S45:被动切换触发，并且当前时隙主动切换和预留信道结束。
[0022]其中，S45具体包括:
[0023]S451:被动切换触发；
[0024]S452:判断业务类型是否为对时延敏感的业务，若是则执行S453，否则将数据存储到缓存器中；
[0025]S453:切换到预留信道，预留不足则强制中断，若充足则执行S454 ；
[0026]S454:判断预留信道是否有剩余，若是则执行S455，否则将数据存储到缓存器中；
[0027]S455:依次将缓存器中的数据传输到相应的接收端。
[0028]其中，在S451中，对时延不敏感的业务暂时存储到缓存器中，当主系统中有空闲信道时，将存储到缓存器中对时延不敏感的业务切换到空闲信道中。
[0029]其中，所述缓存器中有数据存储，主系统不接入新的从用户。
[0030](三)有益效果
[0031]本发明提供一种认知无线电频谱切换方法，改变了已有方案中静态预留信道的方式，根据主用户信道特性建立预测模型预测主用户的到来，设置双门限分别用来进行主动切换和动态预留信道，从而在保证强制中断率与静态预留方案相比基本不变的前提下，有效降低了阻塞率，减少了主从碰撞次数，同时提高主从系统的性能，达到了频谱切换性能的提升。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是本发明认知无线电频谱切换方法步骤流程图；
[0033]图2是本发明0N/0FF模型示意图；
[0034]图3是本发明被动切换步骤流程图。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0036]如图1所示，本发明提供一种认知无线电频谱切换方法，包括:S1:如图2所示，基于0N/0FF模型，对主系统信道进行建模；状态ON表示主用户占用信道，OFF表示该信道未被主用户占用。X1^PYn分别表示第η个周期信道ON和OFF持续时间。X和Y均遵从一般分布，并且相互独立。显然，(Zi, i = 1,2,...}，组成了一个独立同分布随机变量序列，其中(Zi = XdYi, i = 1,2,...}表示一个 ON 和 OFF 的周期。
[0037]其中i表示周期序列号。因此，构成了一个更新过程。
[0038]由上述可得出，Zi的更新寿命分布为:
[0039]Q(t) =P{Zn<t} = P {Xn+Yn t} = Fx(t)*FY(t)m = 1，2，...，M (I)
[0040]其中，更新寿命分布函数用Q (t)表示，函数P {A}表示事件A发生的概率，Fx (t)和Fy(t)分别表示X和Y的累积分布函数。Fx(t)和？^0是通过长期的频谱检测获得的统计信息，并且Fx(t)和？^0相互独立。表示卷积运算。为了计算信道瞬时不可用度引入随机过程{S(t)，t≥0}:
[0041]
【权利要求】
1.一种认知无线电频谱切换方法，其特征在于，包括: S1:对主系统信道进行建模； 52:根据SI中的模型计算信道下一时隙平均切换概率值； 53:设置主动切换门限数值和预留信道门限数值； 54:利用S2中的平均切换概率分别与S3中的主动切换门限和预留信道门限进行比较，确定信道切换方案。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在SI中，是基于ON/OFF模型对主系统信道进行建模。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，S4包括: 541:利用S2中的平均切换概率值与S3中的主动切换门限数值进行比较，若平均切换概率值大于所述主动切换门限数值，则将使用该信道的从用户主动切换到其他空闲信道并结束当前时隙切换，否则执行S42 ； 542:利用S2中的平均切换概率值与S3中的预留信道门限数值进行比较，若平均切换概率值大于所述预留信道门限数值，则执行S43，否则结束当前时隙切换； 543:标记该信道,并返回S2,直至比较并标记所有信道后计算信道标记总数； 544:根据S43所述的信道标记总数计算预留信道数目并等待被动切换； 545:被动切换触发，并且当前时隙主动切换和预留信道结束。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，S45具体包括: 5451:被动切换触发； 5452:判断业务类型是否为对时延敏感的业务，若是则执行S453，否则将数据存储到缓存器中； 5453:切换到预留信道，预留不足则强制中断，若充足则执行S454 ； 5454:判断预留信道是否有剩余，若是则执行S455，否则将数据存储到缓存器中； 5455:依次将缓存器中的数据传输到相应的接收端。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在S451中，对时延不敏感的业务暂时存储到缓存器中，当主系统中有空闲信道时，将存储到缓存器中对时延不敏感的业务切换到空闲信道中。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述缓存器中有数据存储，主系统不接入新的从用户。
【文档编号】H04W16/10GK104080090SQ201310108413
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年3月29日 优先权日:2013年3月29日
【发明者】邓素敏, 杜磊, 姬艳丽, 王卫东, 张英海 申请人:北京邮电大学