[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

说明书

技术领域

本发明涉及认知无线电系统中频谱感知、信道认知以及自适应传输的星状组网方法，特别适用于复杂电磁环境与地理环境下宽带无线接入设备的星状组网，目的是实现设备开通后网络的迅速建立(确定全网通信频率及各链路的传输速率)以及环境变化时的自适应传输。

背景技术

无线通信飞速发展，其显著特点可以描述为无线电新业务的高速增长和用户需求的不断增加。如何提升频谱利用率以满足用户的带宽需求；如何使无线电智能化以致能够灵活的使用无线资源获取信息服务；如何有效地从环境中获取信息、进行学习以及做出决策并进行调整，所有这些都是无线通信技术面临的重大挑战。认知无线电技术由于能够充分、高效的利用有限的频谱资源，逐渐成为业界和各频谱管理机构的研究热点。基于认知无线电的宽带无线接入设备不仅能够完成认知无线电网络中的频谱感知与信道认知，而且能够根据环境的变化自适应调整传输策略。

认知无线电得以实现的一个重要前提是具有无线环境感知能力，以及监控有用模型、用户需求和后续变化的能力，因此，必须在可使用的工作频段范围内多维度进行频谱检测，从而发现可使用的频段。频谱感知过程不同于一般的通信接收机的信号接收过程，它不需要准确复原所收到的信号信息，只需检测某个频段在某一地理区域，某一时间段上是否有信号存在。所以它的信号处理过程应该要比普通的通信接收机简单，但从另一方面看，由于它不是针对具体的通信系统信号的感知，只是要求所检测授权频段的频谱占用信息，亦即频谱感知的通用性和适用性要强。

认知无线中信道特征参数的认知，将直接影响和决定它的传输能力和信道利用效率。基于认知无线电的宽带无线接入设备需要根据环境信息自适应的改变传输策略，而信道状态信息就是最重要的环境信息。系统需要根据估计出来的信道状态信息来确定合适的传输参数从而最大化系统吞吐量，并降低系统发射功率。

无线通信的环境是十分恶劣的，信号在传播过程中会遭受路径损耗、阴影衰落、多径衰落以及各种各样的干扰和高斯噪声影响。为了削弱衰落和干扰对链路性能所产生的影响，系统中采用了各种抗衰落措施。然而非自适应系统是根据信道状态的最糟情况来设计的，以保证在时变信道的各种状态下均能达到预定的性能，系统的这种设计原则导致信道容量无法得到充分利用。根据信道质量随时间的变化，对发射端的各项参数做出相应的调整，有利的信道条件便得到了适时的利用，从而使信道容量得到更加充分的利用，最终提高频谱效率。

发明内容

本发明的目的在于实现复杂电磁环境和地理环境中基于认知的宽带无线接入设备星状网的快速建立、迟入网终端设备的接入，并根据环境的变化适时调整通信频率、传输速率等传输参数，最终实现基于认知的宽带无线接入设备的星状组网。本发明完全解决了星状组网中的频谱感知、信道匹配、信道认知以及自适应传输的实现问题，为基于认知的宽带无线接入设备的星状组网提供了一种实现途径。

本发明的目的是这样实现的：

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；