于恒等置换
[0035] 〇 T1= (1) (2) (3)⑷（5) (6) (7) (8)
[0036] ( ii )以相对面中心连线为轴旋转，这种轴共有3种不同朝向，每条轴可做90°、 180°和270° (即-90° )共3种不同角度的旋转，比如附图2中左二图所示的轴对应的 置换分别为
[0037] 〇 T211= (1234) (5678)
[0038] 〇 T212= (13) (24) (57) (68)
[0039] 〇 T213= (1432) (5876)
[0040] 再如另外一种不同朝向的轴按不同角度旋转对应的置换群分别为
[0041] 〇 T221= (1485) (2376)
[0042] 〇 T222= (18) (45) (27) (36)
[0043] 〇 t223= (1584) (2673)
[0044] 以此类推。
[0045] (iii)以相对两顶点连线为轴旋转，这种轴共有4种不同朝向，每条轴可做120° 和240°共2种不同角度的旋转，比如附图2中右二图所示的轴对应的置换分别为
[0046] 〇 T311= (3) (5) (168) (274)
[0047] 〇 T3i2= (3) (5) (186) (247)
[0048] 以此类推。
[0049] ( iv)以相对两边中心连线为轴旋转，这种轴共有6种不同朝向，每条轴可做 180°这1种旋转，比如附图2中右一图所示的轴对应的置换为
[0050] 〇 T41= (15) (37) (46) (28)
[0051] 以此类推。
[0052] 依照上述不同对称轴的不同旋转对应的置换群，在构造认知无线网络中不同用户 的不同天线的跳频序列时，本发明将采用以下方法：
[0053] ( i )同一用户在构建跳频序列时将选取同一类型（比如从上述4种类型〇T1~ 〇 T4中选取某一种）的对称轴，不同用户在构建跳频序列时将选取不同类型的对称轴。
[0054] ( ii )同一用户的某根天线的跳频序列是同一类型同一朝向的对称轴按不 同角度旋转对应置换群的循环拼接（比如用户i的第1根天线的跳频序列可以为 =心211+心212+crr2U+…），而同一用户的不同天线的跳频序列是同一类型不同朝向 的对称轴按不同角度旋转对应置换群的循环拼接（比如用户i的第2根天线的跳频序列可 以为 =(Jjn + (7r222 + + …）。
[0055] 比如附图3是按照此原则构造的跳频序列，用户1配置3根天线（用户1的R1、 R2、R3)，并选取上述第2种类型对称轴，该用户第1根天线的跳频序列是某一朝向对称轴按 不同角度（即90°、180°和270° )旋转对应置换群的循环拼接，第2根天线跳频序列将 是另一朝向对称轴按不同角度旋转对应置换群的循环拼接，以此类推；而用户2配置2根天 线（用户2的R1、R2)，并选取上述第3种类型对称轴（与用户1不同），至于用户2的各天 线的跳频序列构建方法与用户1的原则相同，不再赘述。从图中可以看出，尽管不同用户开 始跳频的时隙不同（即时钟异步），但仍可保证在有限时间内实现确定性汇合，即图中标记 相同颜色的时隙。值得一提的是，只要不同用户的任何一根天线在同一时隙内访问同一信 道，即可成功汇合。如附图3所示，本发明提出的方法不仅可在短时间内实现用户不同天线 间的汇合，而且可在一个跳频周期内实现多次汇合，即该方法不仅缩短了汇合时间，而且提 高了汇合度（即汇合次数）。
[0056] 以上通过正立方体旋转所得置换群的实例说明了本方法的实施过程，为提高本发 明方法的通用性，置换群的获取方式可以多种多样。比如，上例中是将认知无线网络的信道 标号映射为正立方体的顶点，共8个，但并非所有网络的信道数都为8个，还可以用正立方 体的6个不同面来表示信道，这样就可描述有6个信道的认知无线网络。不仅如此，还可以 用正四面体、正八面体……的顶点或面来表示不同的信道，而跳频序列的构建方法与上述 正立方体的类似，只是对称轴的类型、朝向及可旋转角度有所不同。
[0057] 尽管通过正多面体的置换群来构建跳频序列可在一定程度上提高认知无线网络 信道汇合的性能，但只适合于信道数为偶数的情况。对于信道数为奇数的情形，不宜采用正 多面体来表示。为此，本发明进而提出适用于信道数为奇数的基于置换群的跳频序列构建 方法，该方法用平面的正多边形来获取置换群。
[0058] 不失一般性，下面以信道数为5的认知无线网络为例，来阐述跳频序列的构建方 法。5个信道可以用正五边形（定体）来得到置换群，每个顶点表示一个信道，如附图4所 示，其顶点集合为{1，2,…，5}，亦可视作认知无线网络中的信道集合为C = {Cl，c2，…c5}。 设想另一个正五边形与定体完全重合，并且顶点标记相同，称之为动体。动体围绕定体的对 称轴作各种旋转，使得二者再度重合，每一种旋转都确定了顶点集合上的一个置换。这些旋 转包括以下3种不同类型：
[0059] ( i )不旋转，对应于恒等置换
[0060] 〇T1= (1) (2) (3) (4) (5)
[0061] ( ii )以正五边形的中心为轴旋转，这种轴只有1条，可做72°、144°、216°和 288°共4种不同角度的旋转，对应的置换分别为
[0062] 〇T21= (12345)
[0063] 〇T22= (13524)
[0064] 〇T23= (14253)
[0065] 〇T24= (15432)
[0066] (iii)以顶点与其相对边中点连线为轴旋转，这种轴共有5条，可做180°旋转，对 应的置换分别为
[0067] 〇 T31= (1) (25) (34)
[0068] 〇 T32= (2) (13) (45)
[0069] 〇 T33= (3) (15) (24)
[0070] 〇 T34=⑷（12) (35)
[0071] 〇 T35= (5) (14) (23)
[0072] 依照上述不同对称轴的不同旋转对应的置换群，在构造认知无线网络中不同用户 的不同天线的跳频序列时，本发明将采用以下方法：
[0073] ( i )同一用户在构建跳频序列时将选取同一类型（比如从上述3种类型〇T1~ 〇 T3中选取某一种）的对称轴，不同用户在构建跳频序列时将选取不同类型的对称轴。
[0074] ( ii )同一用户的某根天线的跳频序列是同一类型对称轴按不同角 度旋转对应置换群的循环拼接（比如用户i的第1根天线的跳频序列可以为 &^丨_= 0>21 + +°>24 +_"_?)，而该用户的其它天线的跳频序列是其前一根天线的 跳频序列依次向左循环移动1个时隙所得序列的循环拼接，即
[0075] 比如附图5是按照此原则构造的跳频序列，用户1配置3根天线（用户1的R1、 R2、R3)，并选取上述第2种类型对称轴，该用户第1根天线的跳频序列是该类型对称轴按不 同角度（即72°、144°、216°和288° )旋转对应置换群的循环拼接，第2根天线跳频序 列将其前一根天线（即第1根天线）依次向左循环移动1个时隙而得到，以此类推；而用户 2配置2根天线（用户2的R1、R2)，并选取上述第3种类型对称轴（与用户1不同），至于 用户2的各天线的跳频序列构建方法与用户1的原则相同，不再赘述。从图中可以看出，尽 管不同用户开始跳频的时隙不同（即时钟异步），但仍可保证在有限时间内实现确定性汇 合，即图中标记相同颜色的时隙。至于其它信道数为奇数的情况，与上述方法类似，只是对 称轴的类型及可旋转角度有所不同而已，不再赘述。
【主权项】
1. 一种基于置换群的多天线认知无线网络信道汇合方法，其特征在于，网络中的需要 汇合的不同用户至少有一个公共的可用信道，其汇合过程包括： 将信道编号映射为置换群中的元素，将不同天线的一个周期内的跳频序列映射为有限 群中不同元素的排列； 对于认知无线网络信道数为偶数的情形，置换群中的元素为正多面体的顶点，利用 正多面体按不同类型不同朝向对称轴旋转不同角度所得置换群来构建不同天线的跳频序 列； 对于认知无线网络信道数为奇数的情形，置换群中的元素为正多边形的顶点，利用正 多边形按不同类型对称轴旋转不同角度所得置换群并依次持续向左/向右循环轮转来构 建不同天线的跳频序列； 经过有限个时隙，公共的可用信道在所述不同用户的同一时隙内出现，实现信道汇合。2. 根据权利要求1所述的一种基于置换群的多天线认知无线网络信道汇合方法，其特 征在于，所述不同用户在构建跳频序列时选取不同类型对称轴对应的置换群。3. 根据权利要求1所述的一种基于置换群的多天线认知无线网络信道汇合方法，其特 征在于，所述对于认知无线网络信道数为偶数的情形，当用户具有多根天线时，同一用户的 某根天线的跳频序列是同一类型同一朝向的对称轴按不同角度旋转对应置换群的循环拼 接，而同一用户的不同天线的跳频序列是同一类型不同朝向的对称轴按不同角度旋转对应 置换群的循环拼接。4. 根据权利要求1所述的一种基于置换群的多天线认知无线网络信道汇合方法，其特 征在于，所述对于网络信道数为奇数的情形，当用户具有多根天线时，同一用户的某根天线 的跳频序列是同一类型对称轴按不同角度旋转对应置换群的循环拼接，而该用户的其它天 线的跳频序列是其前一根天线的跳频序列依次持续向左/向右循环移动1个时隙所得序列 的循环拼接。
【专利摘要】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。
【IPC分类】H04W16/02
【公开号】CN105722092
【申请号】CN201410719074
【发明人】梁炜, 于海斌, 杨博, 张晓玲
【申请人】中国科学院沈阳自动化研究所
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2014年11月30日
【公告号】WO2016082265A1