专利名称：两组认知用户接入授权频带的一般方法
技术领域：
本发明是一种用于认知无线网络中认知用户接入授权频带的方法，属于认知无线
电通信技术领域。
背景技术：
认知无线电能够通过对它所工作的无线通信环境的交互感知而自动改变自身的发送和接收参数，从而动态地重复使用可用频谱。它为日益拥挤的无线通信系统和设备实现频谱资源的高效利用、共存、兼容和互动展示了美好的前景。 在由授权用户(主用户)和非授权用户(认知用户)构成的认知无线网络中，由于主用户在某地某时并不是一直使用它的授权频带，因此认知无线电用户可以使用主用户暂时未使用的频带进行通信。但当主用户想再次使用这些频带时，认知用户就应主动撤出这些频带。为保持正常的通信，并且再次寻找适宜的空闲频带。因此认知用户能够动态地感知和定位那些没有使用的频带，并且能够利用那些未使用的频带进行通信而不对使用该频率的主用户形成有害的干扰。当此种情况发生时，认知用户受影响的通信链路会被中断，但此时如果有适应的空闲子频带存在，它们就可以利用这些子频带重建通信链路继续通信，这就是频谱切换。 认知用户动态地接入频谱，使未使用的频带("白色空洞")达到最小化，从而提高频谱的使用效率。现在，已经提出了基于相同技术标准的一组认知用户接入授权频带的一般模型，但是，通信技术近些年来得到了迅猛发展，层出不穷的无线通信系统为用户提供了异构的网络环境，将包括各种具有不同的传输速率、覆盖范围、系统容量及服务水平的无线接入网络。因此，建立一个基于多种技术标准的认知用户接入多个授权频带的一般方法尤为必要。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一个两组认知用户接入授权频带的一般方法及信道预留方案，通过此模型，可以为系统的设计提供重要的参数。 技术方案本发明的两组认知用户接入授权频带的一般方法，利用马尔可夫理论对主用户和认知用户占用信道的情况进行建模，用其状态和转移率分别表示信道的占用状态和变化情况；以马尔可夫理论为基础，建立没有频谱切换时两组认知用户接入授权频带的一般方法和具有频谱切换时两组认知用户接入授权频带的一般方法，以及具有信道预留时两组认知用户接入授权频带的一般方法； a.建立没有频谱切换时两组认知用户接入授权频带的一般方法只要有空闲信道存在，新的认知用户就可以接入；当主用户出现时，认知用户将空出它正在占用的子频带，这种情况下认知用户将发生中断，不允许切换；以马尔可夫理论为基础，得出对应的状态转移模型，即接入模型； b.建立具有频谱切换时两组认知用户接入授权频带的一般方法只要有空闲信道存在，新的认知用户就可以接入；当主用户出现时，认知用户利用频谱切换转移到那些空闲的子信道上继续通信，此种情况下只要有空闲子信道存在就不会有被迫中断发生，当没有空闲子信道存在时就发生中断；以马尔可夫理论为基础，得出对应的状态转移模型，即接入模型； c.建立具有信道预留时两组认知用户接入授权频带的一般方法当剩余的空闲子信道的数目大于预留的子信道的数目时，此时允许有新的认知用户接入；当剩余的空闲子信道的数目小于或等于预留的子信道的数目时，则不允许有新的认知用户接入；当所有剩余的空闲子信道的数目小于主用户的带宽要求时，则此时若有新的主用户出现，则部分认知用户就会发生中断，另一部分认知用户切换到那些预留的子信道上继续通信；以马尔可夫理论为基础，得出对应的状态转移模型，即接入模型。 所述的没有频谱切换时两组认知用户接入授权频带的一般方法，其建立方法如下 ①用一整数对(i， j， k)表示频带被占用的状态，其中i和j分别表示被两组认知用户占用的子频带的总数目，k表示被主用户占用的主频带的数目，认知用户采用FDMA的通信方式，利用多个不同的子频带进行数据传输， ②在没有频谱切换的情况下当主用户出现时，认知用户将空出它的子频带，这样认知用户的服务就会出现从状态(i， j， k)经被迫中断后转移到以下几个状态之一 (i-l，j，k)， (i_2， j，k)，…，(i-l， j-m，k+l)…，(i， j，k+l)，用m,w)("'k)表示从状态(i，j， k)到(i-l， j-m， k+1)的转移概率，则状态转移率为
<formula>formula see original document page 6</formula> ③根据②中的有效状态(i， j， k)和各个状态的状态转移率，列出平衡方程，计算得到状态概率P(i， j，k)，P(i-l， j，k)，…，P(i， j，k+l)。 所述的没有频谱切换时两组认知用户接入授权频带的一般方法，系统的阻塞概率和被迫中断概率的建立方法如下 ①阻塞概率表示当所有可用的信道都被占用时，认知用户的呼叫请求被拒绝的概率。 ②被迫中断概率表示由于主用户的出现造成认知用户的某些子信道被迫中断的概率，其表达式为认知用户被迫中断转移率和认知用户接入率的比值。 所述的具有频谱切换时两组认知用户接入授权频带的一般方法，其建立方法如下 ①用整数对(i， j， k)表示频带被占用的状态，其中i和j分别表示两组认知用户占用的子频带的总数目，k表示主用户占用的主频带的数目，认知用户采用FDMA的通信方式，利用多个不同的子频带进行数据传输；
②在具有频谱切换的情况下当主用户出现时，认知用户将空出它的子频带并立即 转移到其他空闲的子信道上继续通信，在这种情况下，只要有空闲频带存在，就不会有被迫 中断发生；对于状态(i，j，k)，如果i+j+Nk《(M-1)N，则即使有主用户到达，被迫中断也不 会发生。此时状态转移率为零；
③如果(i， j， k)不满足i+j+Nk《(M-1)N，其状态转移率为:
<formula>formula see original document page 7</formula>
④列出平衡方程，求出状态概率。 所述的具有信道预留时两组认知用户接入授权频带的一般方法，利用信道预留方 法以平衡被迫中断概率和阻塞概率来满足系统的性能要求，其中信道预留方法的建立如 下 ①根据输入的业务量和建立的马尔可夫模型，计算出各个状态的概率； ②根据状态概率，通过数值列举法，即令r = 1，2，…，分别计算出r取不同值时的
阻塞概率和被迫中断概率，选择最佳预留子信道的数目r，使得阻塞概率和被迫中断概率满
足系统的性能要求。 所述的具有信道预留时两组认知用户接入授权频带的一般方法，其建立方法如 下 ①当所有剩余的空闲子信道的数目小于主用户的带宽要求N时，即在i+j+Nk 《NK-r时，则此时若有新的主用户出现，则就会发生中断； ②当剩余的空闲子信道的数目大于预留的子信道的数目r时，即在(K-1)N < i+j+Nk《NK-r时，此时可以允许有新的认知用户接入； ③当剩余的空闲子信道的数目小于或等于预留的子信道的数目r时，即在i+j+Nk =NK-r或者i+j+Nk《NK时，则不允许有新的认知用户接入； ④若有信道预留时，即在i+j+Nk《NK-r时，则这些中断的认知用户可以切换到那
些预留的子信道上继续通信； ⑤列出平衡方程，求出状态概率。 具有信道预留时两组认知用户接入授权频带的一般方法，利用信道预留方法以平 衡被迫中断概率和阻塞概率来满足系统的性能要求，其中阻塞概率和被迫中断概率的建立 方法如下 ①根据用马尔可夫模型表示的被占用子信道的数目(i+j+Nk)、预留的子信道数r 和总的带宽NK的状态转移图可以列出平衡方程，根据平衡方程可得到系统处于各个状态 的状态概率； ②系统的阻塞概率表示为当被占用子信道的数目(i+j+Nk)与预留的子信道数目 r之和大于总的带宽NK时的各个状态概率之和； ③系统的被迫中断概率表示为具有信道预留时的被迫中断转移率与业务接入率 的比值。
有益效果本发明具有以下优点
7
①该模型提供了两组认知用户接入多个授权频带的一般方法，可以容易地扩展到 多组认知用户接入多个授权频带的一般方法； ②利用信道预留方法来平衡被迫中断概率和阻塞概率以满足系统的性能要求；
③认知用户能够动态接入频谱，从而提高频谱的使用效率；
④实现频谱资源的高效利用，解决无线通信资源的短缺问题。
图l是网络结构示意图。
图2是主系统和认知无线电系统共同使用的频带示意图。 图3是两种技术标准的认知用户接入多个授权频带的马尔可夫模型示意图。 图4是具有频谱切换和信道预留时的状态(i， j， k)的转移图。
具体实施例方式
本发明主要包含三个内容一是利用马尔可夫理论建立没有频谱切换时和具有频 谱切换时两组认知用户的接入方法；二是利用该方法，分别推导出没有频谱切换时和具有 频谱切换时两个重要的系统参数，即被迫中断概率和阻塞概率；三是提出利用信道预留方 法以平衡被迫中断概率和阻塞概率来满足系统的性能要求。
(1)没有频谱切换时两组认知用户接入方法的建立及系统参数的推导
a.没有频谱切换时两组认知用户接入方法的建立 主用户和认知用户共享同一频谱，其占用过程用连续时间的马尔可夫链进行建 模，马尔可夫链用其状态和转移率表示。利用马尔可夫理论建立没有频谱切换时两组认知 用户接入授权频带的一般模型，其建立方法如下 ①用整数对(i， j， k)表示频带被占用的状态，其中i和j分别表示两组认知用户 占用的子频带的数目，认知用户采用FDMA的通信方式，利用多个不同的子频带进行数据传 输；k表示主用户占用的主频带的数目。 ②当主用户出现时，由于主用户有使用频谱的优先权，认知用户将空出它的子频 带，这样认知用户的服务就会出现从状态(i， j， k)经被迫中断后转移到以下几个状态之 一(i-l， j，k)， (i-2， j，k)，…，(i-l， j-m，k+l)…，(i， j，k+l)，用m,k+D("'k)表示 从状态(i， j， k)到(i-l， j-m， k+l)的转移率，则状态转移率为
~、,
一』
l)iV / + —/ —w
-丄
(1)
③用小表示马尔可夫链的所有有效状态的集合，^(/,/,"是小的指示函数，即
8, } o，否则 用P(i， j， k)表示状态(i， j， k)的状态概率，列出平衡方程
1, +i)〃^(!' + i,/," + ;i/《(/，/-1，" + (J' + l)〃^(" + l,"
+(" iK a (/,./, a+1)+f i r((rir"' /; (/+"+附,卜i) w+附^ ao (3)
/=0 m=0
=(《+ w+v+7>,s"+一"+i堂+附s ao)《(";，"
服服服 JEZP"".，" = 1 (4)
/=0 ,/=0 /t=0 其中i，j二O，l，…，NK，j二0，1，…，K 根据方程(1)， (2)， (3)， (4)可以得到状态(i， j， k)， (i-l， j， k)，…，(i， j，k+l)的状态概率P(i， j，k)，P(i-l， j，k)，…，P(i， j，k+l)。
b.系统参数的推导 没有频谱切换时系统的阻塞概率表示为当所有可用的信道都被占用时，认知用户
的呼叫请求被拒绝的概率，其建立表达式为
wa: a a*
尸s = S ￡ Z外.+緣-服)& (", " (5)
1=0户0 4=0
A , fl， 如果"=6 "、 其中3(fl —6)= o否则 (6)没有频谱切换时系统的被迫中断概率，其建立方法为 被迫中断概率表示由于主用户的出现造成认知用户的某些子信道被迫中断的概率，当状态从(i， j， k)转移到(i-l， j-m， k+l)时，i中的1个认知用户和j中的m个认知
用户将遭受被迫中断通信，其被迫中断转移率表示为
—认知用户被迫中断转移率 (7)"'一 ~"认知用户连接率""" 对于状态(i，j，k)，当两组认知用户分别有l和m个连接时的状态转移率为Y
j、k+D(i'J'k、 (i， J， k)。因此，状态(i， j， k)的全部转移率可以通过求和得到
《0', y'," = ￡ Z " + w)《:;:二," A (" /， (8) 而全部的连接率为(1_PB) (、+")，把(8)代入(7)可以得到被迫中断概率为
(i-1,<formula>formula see original document page 10</formula>
(1-。(A+义8)
由此也可以得到两组认知用户的被迫中断概率分别为
<formula>formula see original document page 10</formula>(11) (2)具有频谱切换时两组认知用户接入方法的建立
具有频谱切换时两组认知用户接入模型的建立方法如下 ①用整数对(i， j， k)表示频带被占用的状态，其中i和j分别表示被两组认知用户占用的子频带的总数目，k表示被主用户占用的主频带的数目，认知用户采用FDMA的通信方式，利用多个不同的子频带进行数据传输， ②在具有频谱切换的情况下当主用户出现时，由于主用户有使用频谱的优先权，认知用户将空出它的子频带并立即转移到其他空闲的子信道上继续通信，在这种情况下，只要有空闲频带存在，就不会有被迫中断发生；对于状态(i， j，k)，如果i+j+Nk《(M-l)N，则即使有主用户到达，被迫中断也不会发生。此时状态转移率为零。
③如果(i， j， k)不满足i+j+Nk《(M-1)N，其状态转移率为:
义
(12)
、/ + w, ④列出平衡方程，求出状态概率。
(3)利用信道预留方法以平衡被迫中断概率和阻塞概率
具有信道预留时认知用户接入模型的建立方法如下 ①当所有剩余的空闲子信道的数目小于主用户的带宽要求(N个子信道)时，即在i+j+Nk《NK-r时，则此时若有新的主用户出现，则就会发生中断。 ②当剩余的空闲子信道的数目大于预留的子信道的数目(r)时，即在(K-l)N< i+j+Nk《NK-r时，此时可以允许有新的认知用户接入。 ③当剩余的空闲子信道的数目小于或等于预留的子信道的数目时，即在i+j+Nk=NK-r或者i+j+Nk《NK时，则不允许有新的认知用户接入。 ④若有信道预留时，即在i+j+Nk《NK-r时，则这些中断的认知用户可以切换到那
些预留的子信道上继续通信。 ⑤列出平衡方程，求出状态概率。 信道预留方法建立如下
①根据输入的业务量和建立的马尔可夫模型，计算出各个状态的概率； ②根据状态概率，通过数值列举法，即令r = 1，2，…，分别计算出r取不同值时的
阻塞概率和被迫中断概率，选择最佳预留子信道的数目r，使得阻塞概率和被迫中断概率满
足系统的性能要求。 具有频谱切换和信道预留时系统的阻塞概率和被迫中断概率建立方法如下
根据用马尔可夫模型表示的被占用子信道的数目(i+j+Nk)、预留的信道数r和总的带宽NK的状态转移图可以列出平衡方程，用P"i， j， k)表示有r个预留信道时的状态
概率，可得到系统的阻塞概率和被迫中断概率分别表示为
A -c W《
—r jv八一r f\
A = S EZ外'"+^"認一卞""，"
V丄-厂tf 、r" /=0,/=0 "0 /-0 m-0 A、
V丄—^tf 、r" /=0 _/-0 *=0 /-0 /w=0 4、.
(13)
(14)
(15) 其中，3&是状态指示函数，它表示了权利5所示的不同情况下系统的状态，定义为Sfr = S ((i-l) + (j-m)-(K-k-l)N) S (i+j+Nk > (K-l)NS (0 < 1+m《N) (16)它有三个条件组成填充条件(即只要有空闲信道就不会发生中断)、通信终止条件(没有空闲信道)和认知用户中断通信的数目的范围指示条件。 本发明所述的两种技术标准的认知无线电用户接入多个授权频带的一般方法及其信道预留方案包括以下内容
①系统模型 系统模型如图l所示，认知无线网络和主网络(授权网络)共同存在于同一区域，通过感知技术，认知用户可以使用那些主用户暂时未使用的授权频带。 假设在该无线系统中，主系统和认知系统工作在同一频谱内。系统的频谱由K个主频段组成，每个主频带又分成N个子频带，每个主信道的带宽为WP，则每个子信道的带宽为Ws = Wp/N，如图2所示。主用户有优先使用这些频带的权利，可以随时收回那些暂时被认知用户使用的子频带，而且主用户不知道哪些子频带正在被认知用户占用，视那些被认知用户占用的子频带为空闲频带，即认知用户对主用户来说完全是透明的。但当认知用户感知到主用户开始使用那些暂时未被占用的频带时，它们会主动让出频带的使用权。
②没有频谱切换时认知用户接入模型 频谱的占用过程可以用连续时间的马尔可夫链进行建模，马尔可夫链是用其状态和转移率表示的。由于系统的NK个子频带被主用户和两组认知用户共享，在这种情况下，可用整数对(i， j， k)来表示频带被占用的状态，其中i和j分别表示被两组认知用户占用的子频带的总数目，k表示被主用户占用的主频带的数目。假设主用户和认知用户的语音或数据业务的到达过程服从泊松分布，其到达率和服务率分别为Ap(iip)、 AsA(iisA)和入SB ( P SB)。其中SA和SB用于标识两组认知用户组，主用户和两组认知用户组的到达率分
11别为Ap、 A/禾P A/，服务率分别为iip、 y/禾P ii/，两组认知用户组的终端用户个数分别为l和m。在该系统中，认知用户采用FDMA的通信方式，根据需要可以利用多个不同的子频带进行数据传输。由于主用户有使用频谱的优先权，认知用户可以被主用户先占，这样认知用户的服务就会出现被迫中断的现象，因此认知用户需要通过某种智能算法来立即获得一个合适的子频带保持正常通信所要求的带宽。图3表示了两组认知用户接入授权频带的一般的马尔可夫模型的示意图，其中虚线表示被迫状态之间的转移的一个例子，从状态(i-l，j-m，k+l)被迫转移到状态(i， j，k)。从图3所示的马尔可夫链可以看出，被迫中断发生在一个主用户要使用某一主频带进行通信，但是它的一个或若干个子频带正在被认知用户占 当主用户出现时，认知用户将空出它的子频带。根据认知用户占用的该主用户的子频带的数目，状态(i， j， k)经过被迫中断后将会转移到以下几个状态之一 (i-l， j， k)，(i-2， j，k)，…，(i-l， j-m，k+l)…，(i， j，k+l)，如图3。被迫中断的转移概率依赖于认知用户占用的该主用户的子频带的数目。为了计算被迫中断的转移概率，假设认知用户正占用了该主用户的k个子频带。因此，系统从状态(i， j， k)经过被迫中断后，将转移到状态(i-l，j-m，k+l)，其中1《1，m《N。用lj—m,w)(i'J'k)表示从状态(i，j，k)到(i-l，j-m，k+l)的转移概率，则经过计算可以得到
<formula>formula see original document page 12</formula>(1)<formula>formula see original document page 12</formula>(2) 用小表示图3所示的马尔可夫链的所有有效状态的集合，^(/J，"是小的指示函
数，即
fl,如果L 0，否则 用P(i， j， k)表示状态(i， j， k)的状态概率，根据图3，可以得到如下平衡方程
<formula>formula see original document page 12</formula>
<formula>formula see original document page 12</formula>(3)<formula>formula see original document page 12</formula>
其中i，j二O，l，…，NK，j二0，1，…，K 根据这些方程，可以得出各个状态概率P$ (i， j， k)。 ③系统参数 阻塞概率是认知无线网络的一个重要的特征值，它表示当所有可用的信道都被占用时，认知用户的呼叫请求被拒绝的概率。如果没有考虑切换请求的优先权，则切换请求和新业务呼叫请求具有相同的阻塞概率。在所有的信道都被占用时，当有新用户呼叫请求时则就会发生阻塞，即状态(i，j，k)满足i+j+Nk二NK时，则发生阻塞。用Pb表示阻塞概率，
其表达式为
,wr服
/-0 ,/=0
其中S (x)是指示函数，即
w "f1，如果"=6 ,e、
lo,否则 被迫中断概率是认知无线网络特别是实时系统的另一个重要的特征值，它表示由于主用户的出现造成认知用户的某些子信道被迫中断的概率。对于实时系统来说，被迫中断概率比阻塞概率更重要，因为通信过程中被迫中断比一开始就被阻塞更令人恼火，因此被迫中断概率应该保持在某一容许的范围内。当表示从状态(i， j， k)到(i-l， j-m， k+l)时，i中的1个认知用户和j中的m个认知用户将遭受被迫中断通信，因此，根据定义被迫
中断概率可以表示为
=认知用户被迫中断转移率 (7)f 一~~认知用户连接率~~
对于状态(i，j，k)，当两组认知用户分别有l和m个连接时的状态转移率为l<formula>formula see original document page 13</formula>
(i'J'k)P$(i， j，k)。因此，状态(i，j，k)的全部转移率可以通过求和得到
,靴
《(/，厶"=2 S (z+附)^:)丄"',"A (","《 (8)
=0 m=0
而全部的连接率为(1_PB)(入a+")，把(8)代入(7)可得到被迫中断概率为
<formula>formula see original document page 13</formula>
由此也可以得到两组认知用户的被迫中断概率分别为
<formula>formula see original document page 13</formula> 0 /=0 /=0 ,
(11)
(1-wfi ④具有频谱切换时认知用户的接入方法及信道预留方案 如果允许频谱切换，则被先占的认知无线电呼叫将会立即转移到其他空闲的子信道上，继续通信。这种信道重分配可以由基站执行，也可以由认知无线电终端通过合适的分布式算法来进行。该方法分为以下五种情况 (i)利用频谱切换，当新的主用户出现时只要有空闲子信道存在，就不会有被迫中断发生。这一情况可以图4(a)表示。
(ii)当所有剩余的空闲子信道的数目小于主用户的带宽要求(N个子信道)时，则此时若有新的主用户出现，则就会发生中断，这一过程可以用图4(b)-(e)表示。
(iii)当剩余的空闲子信道的数目大于预留的子信道的数目(r)时，此时可以允许有新的认知用户接入，这一过程用图4(b)表示； (iv)当剩余的空闲子信道的数目小于或等于预留的子信道的数目时，则不允许有新的认知用户接入，这一过程用图4(c)-(e)表示。 (v)若有信道预留，则这些中断的认知用户可以切换到那些预留的子信道上继续通信，这一过程可以用图4(d)-(e)表示。 经过分析可知，对于状态(i， j， k)，如果i+j+Nk《(M-1)N，则即使有主用户到达，被迫中断也不会发生。否则，如果(i， j，k)不满足i+j+Nk《(M-1)N，其转移率为
J'、
(12)
、~
、"V
、^
、/ +W乂 在此提出利用信道预留方案以减小被迫中断概率。用r表示预留的子信道的数目以进行频谱切换使用(r = 0表示没有信道预留)。图4(d)-(e)表示预留r个子信道时状态(i， j， k)的转移图。在此情况下，认知用户发生阻塞的条件是当前被占用子信道的数目(i+j+Nk)加上预留的信道数r等于总的带宽NK。 根据此模型，选择最佳预留子信道的数目r的一种很自然的方法是使得用户的吞吐量最大，而最优的r可通过数值列举法(即令r = 1，2，…)得到。 根据图4(a)-(e)所示的马尔可夫模型列出平衡方程，用P$r(i， j， k)表示有r个
预留信道时的状态概率，可得到系统的阻塞概率和被迫中断概率分别表示为
/W-r欣-
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wua:—r《 w yv
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(1 一尸s (r》 /-0 产0 "0 /=0 义j
(13)
WJ碼 (14)<formula>formula see original document page 15</formula> 其中，3&是状态指示函数，它表示了权利5所示的不同情况下系统的状态，定义为Sfr= S ((i-l) + (j-m)-(K-k-l)N) S (i+j+Nk> (K-l)NS (0 < 1+m《N) (16)
它由三个条件组成填充条件(即只要有空闲信道就不会发生中断)、通信终止条件(没有空闲信道)和认知用户中断通信的数目的范围指示条件。
权利要求
一种两组认知用户接入授权频带的一般方法，其特征在于利用马尔可夫理论对主用户和认知用户占用信道的情况进行建模，用其状态和转移率分别表示信道的占用状态和变化情况；以马尔可夫理论为基础，建立没有频谱切换时两组认知用户接入授权频带的一般方法和具有频谱切换时两组认知用户接入授权频带的一般方法，以及具有信道预留时两组认知用户接入授权频带的一般方法；a.建立没有频谱切换时两组认知用户接入授权频带的一般方法只要有空闲信道存在，新的认知用户就可以接入；当主用户出现时，认知用户将空出它正在占用的子频带，这种情况下认知用户将发生中断，不允许切换；以马尔可夫理论为基础，得出对应的状态转移模型，即接入模型；b.建立具有频谱切换时两组认知用户接入授权频带的一般方法只要有空闲信道存在，新的认知用户就可以接入；当主用户出现时，认知用户利用频谱切换转移到那些空闲的子信道上继续通信，此种情况下只要有空闲子信道存在就不会有被迫中断发生，当没有空闲子信道存在时就发生中断；以马尔可夫理论为基础，得出对应的状态转移模型，即接入模型；c.建立具有信道预留时两组认知用户接入授权频带的一般方法当剩余的空闲子信道的数目大于预留的子信道的数目时，此时允许有新的认知用户接入；当剩余的空闲子信道的数目小于或等于预留的子信道的数目时，则不允许有新的认知用户接入；当所有剩余的空闲子信道的数目小于主用户的带宽要求时，则此时若有新的主用户出现，则部分认知用户就会发生中断，另一部分认知用户切换到那些预留的子信道上继续通信；以马尔可夫理论为基础得出对应的状态转移模型，即接入模型。
2. 根据权利要求1所述的两组认知用户接入授权频带的一般方法，其特征是所述的没 有频谱切换时两组认知用户接入授权频带的一般方法，其建立方法如下① 用一整数对(i， j， k)表示频带被占用的状态，其中i和j分别表示被两组认知用户 占用的子频带的总数目，k表示被主用户占用的主频带的数目，认知用户采用FDMA的通信 方式，利用多个不同的子频带进行数据传输，② 在没有频谱切换的情况下当主用户出现时，认知用户将空出它的子频带，这样认知 用户的服务就会出现从状态(i，j，k)经被迫中断后转移到以下几个状态之一(i-l，j，k)， (i-2， j，k)，…，(i-l， j-m，k+l)…，(i， j，k+l)，用Y (i-l， j-m，k+l) (i， j，k)表示从状态 (i， j， k)到(i-l， j-m， k+1)的转移概率，则状态转移率为<formula>formula see original document page 2</formula>(1) ③根据②中的有效状态(i， j， k)和各个状态的状态转移率，列出平衡方程，计算得到 状态概率P(i， j，k)，P(i-l， j，k)，…，P(i， j，k+l)。
3.根据权利要求1所述的两组认知用户接入授权频带的一般模型，其特征是所述的没 有频谱切换时两组认知用户接入授权频带的一般方法，系统的阻塞概率和被迫中断概率的建立方法如下① 阻塞概率表示当所有可用的信道都被占用时，认知用户的呼叫请求被拒绝的概率。② 被迫中断概率表示由于主用户的出现造成认知用户的某些子信道被迫中断的概 率，其表达式为认知用户被迫中断转移率和认知用户接入率的比值。
4.根据权利要求1所述的两组认知用户接入授权频带的一般方法，其特征是所述的具 有频谱切换时两组认知用户接入授权频带的一般方法，其建立方法如下① 用整数对(i， j， k)表示频带被占用的状态，其中i和j分别表示两组认知用户占用的子频带的总数目，k表示主用户占用的主频带的数目，认知用户采用FDMA的通信方式，利 用多个不同的子频带进行数据传输；② 在具有频谱切换的情况下当主用户出现时，认知用户将空出它的子频带并立即转移 到其他空闲的子信道上继续通信，在这种情况下，只要有空闲频带存在，就不会有被迫中断 发生；对于状态(i，j，k)，如果i+j+Nk《(M-1)N，则即使有主用户到达，被迫中断也不会发 生。此时状态转移率为零；③ 如果(i， j， k)不满足i+j+Nk《(M-1)N，其状态转移率为:<formula>formula see original document page 3</formula>④列出平衡方程，求出状态概率。
5. 根据权利要求1所述的两组认知用户接入授权频带的一般方法，其特征是所述的具 有信道预留时两组认知用户接入授权频带的一般方法，利用信道预留方法以平衡被迫中断概率和阻塞概率来满足系统的性能要求，其中信道预留方法的建立如下① 根据输入的业务量和建立的马尔可夫模型，计算出各个状态的概率；② 根据状态概率，通过数值列举法，即令r = 1， 2，…，分别计算出r取不同值时的阻塞 概率和被迫中断概率，选择最佳预留子信道的数目r，使得阻塞概率和被迫中断概率满足系 统的性能要求。
6. 根据权利要求1所述的两组认知用户接入授权频带的一般方法，其特征是所述的具 有信道预留时两组认知用户接入授权频带的一般方法，其建立方法如下① 当所有剩余的空闲子信道的数目小于主用户的带宽要求N时，即在i+j+Nk《NK-r 时，则此时若有新的主用户出现，则就会发生中断；② 当剩余的空闲子信道的数目大于预留的子信道的数目r时，即在(K-1)N < i+j+Nk《NK-r时，此时可以允许有新的认知用户接入；③ 当剩余的空闲子信道的数目小于或等于预留的子信道的数目r时，即在i+j+Nk = NK-r或者i+j+Nk《NK时，则不允许有新的认知用户接入；④ 若有信道预留时，即在i+j+Nk《NK-r时，则这些中断的认知用户可以切换到那些预 留的子信道上继续通信；⑤ 列出平衡方程，求出状态概率。
7. 根据权利要求5所述的两组认知用户接入授权频带的一般方法，其特征是具有信道 预留时两组认知用户接入授权频带的一般方法，利用信道预留方法以平衡被迫中断概率和阻塞概率来满足系统的性能要求，其中阻塞概率和被迫中断概率的建立方法如下① 根据用马尔可夫模型表示的被占用子信道的数目(i+j+Nk)、预留的子信道数r和总的带宽NK的状态转移图可以列出平衡方程，根据平衡方程可得到系统处于各个状态的状态概率；② 系统的阻塞概率表示为当被占用子信道的数目(i+j+Nk)与预留的子信道数目r之和大于总的带宽NK时的各个状态概率之和；③ 系统的被迫中断概率表示为具有信道预留时的被迫中断转移率与业务接入率的比值。
全文摘要
本发明是一种用于认知无线网络中两种技术标准的认知用户接入多个授权频带的方法，属于认知无线电通信技术领域。本发明主要包含三个内容一是利用马尔可夫理论分别建立没有频谱切换时、具有频谱切换时和具有信道预留时三种情况下两组认知用户接入授权频带的一般方法；二是利用该模型，分别推导出这三种情况下系统的两个重要参数，即被迫中断概率和阻塞概率；三是提出利用信道预留方法以平衡被迫中断概率和阻塞概率来满足系统的性能要求。
文档编号H04W74/04GK101778436SQ20101001832
公开日2010年7月14日 申请日期2010年1月13日 优先权日2010年1月13日
发明者朱晓荣, 朱洪波, 杨龙祥 申请人:南京邮电大学