[发明专利]一种认知无线电中应用的信道随机征用方法

摘要

本发明涉及一种认知无线电中应用的信道随机征用方法，属通信技术领域。首先网络信道依据随机游走模型来随机形成信道矩阵；随后采用择机频谱分配方式将未授权用户分配到信道中；计算未授权用户信道征用的概率；未授权用户和已授权用户进行信道征用；并统计本次信道征用中所有用户进行数据通信所产生的网络吞吐量，依次不断的循环，采用并行处理算法来随机征用信道，将得到的有效吞吐量进行比较，直到统计的网络吞吐量达到收敛时获得最优的自适应模型信道随机征用方法。本发明在已授权用户不占用信道的情况下，未授权用户可以使用该信道进行数据传输，从而减少了信道资源的浪费，提高了信道资源的利用率。

主权项

1.一种认知无线电中应用的信道随机征用方法，其特征在于：首先网络信道依据随机游走模型来随机形成信道矩阵；随后采用择机频谱分配方式将未授权用户分配到信道中；计算未授权用户信道征用的概率；未授权用户和已授权用户进行信道征用；具有优先权的已授权用户会率先随机的占用一个可用信道进行正常通信；随后分配到信道中的未授权用户根据信道征用概率开始对信道占用情况进行检测分析，首先对信道征用概率高的信道进行检测分析，如果检测到已授权用户不占用该信道或有空闲信道时，未授权用户就使用该信道进行数据传输；如果没有检测到可用信道且信道征用周期结束，则未授权用户无法进行数据传输，终止未授权用户对信道的征用，并等待下一次的信道征用；并统计本次信道征用中所有用户进行数据通信所产生的网络吞吐量来形成初始化系统模型和优化目标，这样依次不断的循环，采用并行处理算法来随机征用信道，将得到的有效吞吐量进行比较，直到统计的网络吞吐量达到收敛时获得最优的自适应模型信道随机征用方法；所述认知无线电中应用的信道随机征用方法的具体步骤如下：Step1、网络信道依据随机游走模型获取信道矩阵Hm×n：首先在网络中运用随机游走模型y(t)＝ε+y(t‑1)+e(t)，不断的改变t的值，使得每个t对应着一个信道，最终得到一系列的信道，把这些得到的信道有序的放到矩阵中形成m×n维随机信道矩阵Hm×n：其中，y(t)表示信道序列，e(t)表示随机项，并且E[e(t)]＝0，ε表示常数项，Hm,n表示第m行的第n个信道；Step2、把未授权用户采用择机频谱分配方式分配到网络信道中，网络信道形成通信模型：设定一个认知无线电通信系统中有v个已授权用户，s个未授权用户，那么每个已授权用户都对应唯一的信道，并且已授权用户对信道的使用权高于未授权用户；首先把s个未授权用户采用择机频谱分配方式分配到网络信道中，s个未授权用户任意的检测由Step1中得到的信道矩阵Hm×n中信道的占用情况，不断的循环来形成通信模型；其中，信道矩阵Hm×n是由v个信道组成的m×n维的矩阵，每一项H(m,n)表示一个信道；Step3、计算未授权用户信道征用的概率：在所有v个已授权用户，s个未授权用户随机分配的信道中，根据信道的可征用概率来计算得到用户能在此信道进行数据通信的数据量，由于事先没有确定的信道占用信息，故依据香农定理得到符合随机信道的空闲概率，计算公式如下为其中，p(k)表示某个未授权用户在第k次循环能征用某信道的概率；c表示修正常数，并且c≥0，ln是以e为底的对数，k是检测次数，未授权用户征用到信道的概率与算法的循环检测次数k有关，k值越小，用户使用该信道的通信时间越长，网络的吞吐量也就越大；Step4、未授权用户和已授权用户进行信道征用：Step4.1、在信道矩阵Hm×n中，v个已授权用户和s个未授权用户同时去征用信道H(m,n)，由于已授权用户对信道的使用权优于未授权用户，那么v个已授权用户先随机占用一个可用信道H(m,n)进行正常通信；Step4.2、随后分配到信道中的s个未授权用户根据信道征用概率开始对信道占用情况进行检测分析，首先对信道征用概率高的信道进行检测分析；如果征用过程中检测到空闲的可用信道，那么未授权用户就使用此空闲信道进行数据传输；如果未授权用户没有检测到可用信道或是检测到的信道已经被其他用户占用或信道征用循环周期结束，则结束未授权用户对本次信道的检测征用，等待下一轮信道的征用到来，继续对信道进行检测征用，采用这种循环向后跳位的方法依次循环征用信道，直到所有循环结束；Step5、统计本次信道征用中所有用户进行数据通信所产生的网络吞吐量：在信道矩阵H_m×n中，用户不断的循环征用信道，一旦征用到可用的信道，用户就使用该信道进行数据传输，进而产生一定的数据吞吐量，从而计算得第k次循环的有效吞吐量Ο_k(v)：其中，λ表示数据传输速率，k表示信道征用循环次数，β表示信道检测时间，T表示信道征用循环周期；Step6、确定最优模型：重复上述的步骤Step4、步骤Step5，未授权用户在不同周期内多次循环随机征用信道，将得到的有效吞吐量进行比较，直到使得信道产生的吞吐量达到最优且基本不变化时，选取此时循环的矩阵模型作为信道随机征用的最优方法。