[发明专利]一种基于认知的宽带无线接入设备星状组网方法

权利要求书

1.一种基于认知的宽带无线接入设备星状组网方法，实现了初始接入阶段的频谱感知与策略选择，以及通信阶段迟入设备的接入与自适应策略调整，其特征在于包括步骤如下：

(1)设备开机，进入初始接入阶段，设定设备类型为节点设备或终端设备；

(2)如果是节点设备，则根据网络规模对所有可能接入的终端设备通过4kbps信令波形进行轮询，当第一个设备接入后留有一定的时间用以完成其他设备的接入，定时结束后向所有接入的设备发送开始感知信号，然后转入步骤(3)；如果是终端设备，则在信令波形上等待节点设备的轮询信息，用以完成自身的接入，接入完成后转入步骤(3)；

(3)当设备中的频谱感知单元接收到开始感知的信令后，即开始对工作频段进行频谱感知，感知完成后进行频谱分析，然后将频谱分析的结果通过4kbps信令波形发送至节点设备，随后由节点设备完成信道的选择与匹配，并将信道匹配结果发送至各终端设备；

(4)根据信道匹配结果，节点设备依次与各终端设备进行两两信道估计；

(5)根据信道估计结果，节点设备通过频率与速率选择策略得出全网通信频率以及各条链路的通信参数，并下发至各终端设备；同时，根据选择的通信频率以及最终的匹配结果计算得出备用信道；

(6)传输参数发送完毕后，节点设备开始对各终端设备通过80kbps管理波形进行轮询，从而完成终端设备的注册，轮训结束或注册完成后即可以转入通信阶段；

(7)开始通信；

(8)通信过程中，设备中的频谱感知单元接收到开始感知信号后即开始对工作频段频谱进行实时监测，感知完成后对频谱进行分析，终端设备将频谱分析结果轮流上报至节点设备，节点设备通过信道选择与匹配策略得到匹配结果，连同备用信道一起发送至各终端设备；

(9)频谱感知完成后即进入迟入网设备接入时隙，用以完成迟入网设备的接入；

(10)接入时隙结束后即进入信道估计时隙，用以完成节点设备和终端设备间的信道估计，进而通过自适应传输策略计算各链路的传输策略；

(11)节点设备将传输策略下发至各终端设备，同时终端设备接收传输策略，然后转入步骤(7)。

2.根据权利要求1所述的一种基于认知的宽带无线接入设备星状组网方法，其特征在于：步骤(3)中设备的频谱感知单元对工作频段的频谱感知包括以下步骤：

(3.1)在工作频段范围内依次切换频谱感知单元所接收信号的频率；

(3.2)频谱感知单元对所切换频率的时域信号进行采样；

(3.3)对时域采样结果分别加离散扁长球体序列窗；

(3.4)对加窗后的信号进行多窗谱估计，得到对应的功率谱密度结果，然后判断工作频段是否估计完毕，如果是则转入步骤(3.5)；反之，则切换接收信号频率并转至步骤(3.2)；

(3.5)工作频段感知结束后即可以根据多次采样的结果求得功率谱密度的均值和最大保持值，通过均值计算得到门限值，进而通过最大保持值与门限值的比较得到各信道是否可用；

(3.6)将所有信道按照是否可用以及可用信道的均值大小进行排序，排序结束后将所有设备的排序结果发送至节点设备；

(3.7)节点设备首先进行终端设备间的信道选择与匹配，然后将匹配结果与节点设备的频谱分析结果进行二次匹配，进而得到最终的信道选择与匹配结果。

3.根据权利要求1所述的基于认知无线电的星状组网策略，其特征在于：步骤(9)中迟入网设备的接入包括以下步骤：

(9.1)判断设备是否节点设备，如果是节点设备则转入步骤(9.2)，反之则转入步骤(9.5)；

(9.2)根据网络规模，轮询发送下行管理帧，判断是否都有回应，如果有终端设备没有回应，则转入步骤(9.3)，否则转入步骤(9.4)；

(9.3)对于没有应答的终端设备，轮询发送下行接入帧，如果未收到上行接入帧，则说明终端设备关机或信令波形被干扰，在一定时间内不在轮询该终端；如果收到上行接入帧，则记录应答结果，作为自适应传输策略的依据；

(9.4)节点设备接入时隙工作结束；

(9.5)在信令波形接收信息，如果接收到下行接入帧则发送相应的上行接入帧，否则一直等待接收下行接入帧；

(9.6)发送上行接入帧后则开始等待接收下行管理帧，如果收到，则回复上行管理帧，否则，则认为该频点不能完成注册；

(9.7)终端设备接入时隙工作结束。

4.根据权利要求1所述的基于认知无线电的星状组网策略，其特征在于：步骤(10)中的自适应传输策略是在信道认知时隙完成的，具体包括以下步骤：

(10.1)进入信道认知时隙，节点设备轮流与各终端设备在所有信道上进行信道估计，每一个通信帧完成一条链路的估计；

(10.2)判断当前信噪比是否低于传输速率下降门限，如果是，则将该链路速率调低一档；如果不是，继续判断当前信噪比是否高于传输速率上升门限；如果当前信噪比高于传输速率上升门限，则调高一档速率；反之，则速率不变；

(10.3)根据当前链路的信噪比估计值，结合之前各链路的信噪比估计结果，判断是否需要切换频点，如果需要，则通过节点管理帧下发通信频率；反之，则工作频率不变。