[发明专利]多跳认知无线网络的空时联合接入方法

说明书

本发明涉及一种多跳认知无线网络的空时联合接入方法。在无线网络确定多跳传输路径后，认知用户分别通过空域感知和时域感知判定是否存在自由机会或共享机会，然后根据自由机会或共享机会确定频谱接入方式及传输功率。本发明通过联合考虑频谱的空域机会和时域机会，可以在充分保护主用户的前提下，最大化认知用户的传输功率，实现多跳认知无线网络对授权频段的连续接入，解决了传统频谱接入方法存在的功率严重受限和数据传输不连续等问题，满足认知无线网络对连续性和实时性的需求。

技术领域

本发明涉及认知无线网络的频谱接入技术，具体地说是一种多跳认知无线网络的空时联合接入方法。

背景技术

随着无线网络技术的快速发展和大规模应用，无线电频谱资源的不合理分配以及匮乏问题日益突出。来自美国FCC、英国OFCOM、日本MIC、欧洲CEPT以及新加坡iDA等政府组织的报告显示，大量已授权的无线电频谱均处于极低的利用率状态。而认知无线电技术的提出和快速发展为解决频谱资源匮乏和提高无线网络性能提供了新的思路和解决方案，因此基于该技术的认知无线网络被认为是最重要的下一代无线网络技术。随着对认知无线网络研究的深入，关于认知无线网络的标准制定工作已经在一些重要的国际组织中展开，包括IEEE、ETSI、ECMA等。目前，基于认知无线网络的国际标准主要有：IEEE 802.22及其子标准IEEE 802.22a和IEEE 802.22b，IEEE 802.11af，IEEE 802.16h，IEEE 802.19，IEEE802.15.4m以及IEEE 1900等。

无线电频谱具有时域、频域和空域的三维特性，因此对于频谱资源的异构特性研究是进一步提高频谱利用率的重要途径。由于认知无线网络主要考虑未授权的认知用户(Cognitive Users，CUs)接入到授权给主用户(Primary Users，PUs)的授权频段，所以现有的频谱接入方法主要考虑了频谱是时域机会或空域机会。时域机会就是PUs未占用授权频段时所产生的空白频谱，CUs可以根据该空白频谱机会式地接入到授权频段进行数据传输；而空域机会是指PUs根据其发射功率和接收灵敏度具有一个覆盖范围，如果CUs超过了PUs的覆盖范围，那么即使PUs正在占用授权频段，CUs的通信也不会对其造成干扰，因此CUs可以自由接入授权频段。

根据上述频谱空洞的时域和空域特性，现有的频谱接入方法主要包括机会频谱接入和频谱共享两类。

(1)机会频谱接入是一种周期感知和传输方法，要求在CUs在通信的每个帧中，专门划定感知时隙进行频谱感知。只有在感知结果显示PUs未占用授权频段，即出现频谱空洞时，才允许CUs接入该授权频段进行数据传输。当PUs重新占用授权频段时，CUs必须立即终止在该频谱的数据传输以确保PUs的正常通信。此外，也可以采用频谱数据库确定PUs占用授权频段的情况，实现机会频谱接入。因此，机会频谱接入是一种不连续的频谱接入方法，无法确保CUs数据传输的连续性。

(2)频谱共享是一种CUs和PUs共享授权频段的方法，它允许CUs在不影响PUs通信的条件下，连续性地接入到授权频段进行数据传输。但是，频谱共享对CUs的传输功率有极高的要求，即不能高于干扰温度阈值，所以现有的方法仅允许CUs以极低的功率接入授权频段，以确保对PUs的充分保护。在此基础上，基于感知的频谱共享为实现CUs对授权频段的连续可靠接入提供了新的方法。该方法允许CUs根据频谱感知结果进行合理地功率控制，以进一步提高频谱效率和网络容量。

综上所述，机会频谱接入和频谱共享两类策略分别只考虑了频谱的时域机会和空域机会，并没有同时考虑频谱在时域和空域的双重特性。

发明内容

本发明针对现有频谱接入方法仅单纯考虑时域或空域机会所导致的频谱利用率低的问题，提出了一种多跳认知无线网络的空时联合接入方法，通过空域感知和时域感知探索频谱的空域机会和时域机会，然后根据空时联合感知的结果，选择不同的功率控制策略，进而实现CUs认知用户对授权频段的连续接入和数据的连续传输，在提高频谱利用率的同时，满足认知无线网络对连续性和实时性的需求。