[发明专利]分布式认知无线电系统频谱接入方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及认知无线电，具体是一种分布式认知无线电系统频谱接入方法，可用于更多的时延敏感业务，保障分布式认知无线电系统中次级用户的队列稳定性。

背景技术

随着无线通信技术的飞速发展，频谱资源日益紧缺，人们提出了认知无线电的概念。认知无线电技术的核心思想是：在对取得频谱使用权的授权用户及其他非授权用户不产生干扰的前提下，认知用户通过感知周围的无线电环境，伺机进行频谱接入以提高频谱利用率。基于认知无线电可以实现时间、频率以及空间上的多维频谱复用，从而大大降低频谱和带宽限制对无线通信发展的束缚。该技术的普及应用，将会极大地缓解无线频谱资源日益紧缺的现状，为人们提供更加丰富灵活的无线通信手段。

认知无线电最核心的工作机制本质上包括两个基本过程：频谱机会的发现与频谱机会的利用。频谱机会的发现对应的是认知能力，具体到技术层面就是频谱检测技术；频谱机会的利用则对应于重配置能力，技术层面涵盖了频谱管理，频谱接入及功率控制技术等。动态频谱接入能够在满足对主用户干扰限制的基础上，提高次级用户吞吐量和服务质量，因此被广泛关注。

动态频谱接入可以分为集中式和分布式频谱接入。在集中式方案中，网络中的每个分布式节点都把自己感知到的频谱信息汇聚到集中控制单元，由控制单元对各个节点的频谱使用情况做出部署。而分布式解决方案中，每个分布式节点都参与频谱分配和竞争的过程，频谱接入是由节点自身的策略决定的。与集中式相比，分布式频谱接入方案更具挑战性，特别是很少有多个次级用户分布式地共享接入频谱的方法。

现有的分布式频谱接入算法往往以最大化次级用户吞吐量为目标，而忽略了对分组时延和队列稳定性的考虑，导致无法保证时延敏感业务的服务质量QoS。

发明内容

本发明的目的在于克服已有频谱接入方案的不足，提出一种分布式认知无线电系统频谱接入方法，以保障队列的稳定性，提高系统的服务质量。

本发明的技术思路是：通过自适应调整次级用户退避时长参数，使稳态服务速率趋近到达速率，进而保障队列的稳定性。具体步骤包括如下：

((1)将获得频谱使用权的授权用户定义为主用户，将没有获得使用权的非授权用户定义为次级用户；

(2)建立系统发送状态马尔科夫链模型，计算此模型各状态的稳态概率，并根据稳态概率计算干扰限制下次级用户的最大服务速率S_max；

(3)次级用户i判断数据到达速率λ_i，i∈(1，2，...，K)是否小于最大服务速率S_max，K表示次级用户个数，如果到达速率小于最大服务速率，则执行步骤(4)，否则次级用户i进行流量控制，降低数据到达速率，直至数据到达速率小于最大服务速率，再执行步骤(4)；

(4)次级用户各自采用载波侦听协议CSMA持续侦听主用户信道，当侦听结果为空闲时，即信道上没有其他用户发送数据，则执行步骤(5)，否则继续侦听主用户信道；

(5)次级用户进行分布式自适应退避，退避完成后接入信道：

5a)次级用户i启动时长为t_i的计时器1，并开始退避，此处t_i的值由次级用户i的计时器1随机产生，并服从参数为的指数分布，即r_i的初始值取负数，例如取-5～-10ms^-1，并且每隔固定时间τ，将r_i的值自适应更新一次，τ取正数值，例如取5～15ms；

5b)在退避过程中，次级用户i不发送数据并持续侦听主用户信道，如果侦听结果一直为空闲，则等待计数器1归零后执行步骤(6)，如果在时间t_i内次级用户i侦听到信道上有其他用户发送数据，则终止计时器1，并返回步骤(4)中的信道侦听状态；

(6)次级用户发送数据，并根据碰撞情况决定是否丢弃数据：

6a)次级用户以分组为单位发送数据，分组长度服从参数为T的指数分布，T值的大小与步骤(2)中马尔科夫链模型的参数T的取值保持一致；

6b)次级用户用冲突检测的方法判断是否与其他用户的数据发生碰撞，如果发生碰撞，则丢弃正在发送的分组，并返回步骤(4)，如果未发生碰撞，则在完成分组发送后执行步骤(7)；