专利名称：基于业务需求的多尺度频谱接入方法
技术领域：
本发明属于多媒体通信技术领域，涉及认知无线电系统中基可变长于Markov模型的频谱预测方法和频谱接入策略，具体指的是基于业务需求的多尺度频谱接入方法。
背景技术：
随着无线通信业务的迅速发展，固定频谱分配策略引起的大量频谱资源的浪费与频谱资源紧缺之间的矛盾日趋明显，由此认知无线电(CognitiveRadio,CR)技术应运而生。认知无线电系统通过对周围频谱的感知和动态接入，以实现频谱资源的有效共享。其中，频谱接入技术用于解决是否接入及如何接入空闲频谱的问题，是提高认知无线电系统频谱利用率的核心技术。传统的频谱接入方式仅根据当前的信道状态做出决策，容易引起主次用户的信道冲突，属于被动式的频谱接入方式。基于预测的主动式频谱接入方式，根据信道的先验知识对未来的信道状态进行预测，进而指导次用户的频谱接入，能有效提高无线通信的 QoS。现有的基于Markov模型的频谱预测算法存在各种各样的问题:I阶Markov模型下一时刻的状态仅与当前的状态有关，预测能力有限；N阶Markov模型随着阶数的增加，计算复杂度以指数级增长；HMM模型的训练需要大的训练样本，增加了复杂度；P0MDP复杂度较高，只适合小规模问题。此外，它们仅仅对信道下一个时隙的状态进行预测，对未来更远的频谱状态未考虑，然而主用户可能在下一个时隙之后重新出现，次用户需要立刻退出当前信道，造成频繁的频谱切换。由于频谱选择、重新配置工作参数等一系列原因，频谱切换会产生一定的切换延迟，不可避免地导致临时的通信中断，降低次用户自身的QoS，而且会对具有频谱优先使用权的主用户产生干扰，此外，频繁的协议交换还会增加系统的开销，造成整个系统性能的下降。因此，选择空闲信道接入时，要考虑到未来多个时隙信道空闲概率的变化，尽量降低可能的频谱切换概率。然而现有的预测算法还不够完善，选择一个合适的预测算法对认知无线电系统的性·能改善有着至关重要的作用。多用户多业务的情况下，不同业务对频谱空穴的时长需求是不一样的，而目前的频谱接入策略主要针对次用户信道选择过程进行分析，未对次用户接入的频谱空穴的长短进行讨论。现有的频谱接入策略对次用户的可用频谱范围、信道冲突、信道增益等问题进行了重点研究，然而某一类认知业务可能出现相似的频谱使用方式，如果次用户盲目进行频谱接入，不仅会影响认知业务的QoS，同时也有可能降低频谱空穴的利用率。例如，将业务需求较长时间的次用户接入连续可用时隙较少的信道，会导致次用户在多个不同信道中的频繁切换；同样，将业务需求较短时长的次用户接入连续可用时隙较多的信道，会导致频谱空穴利用率底等问题。可见，盲目的频谱接入将导致次用户在多个信道之间频繁的切换，抵消掉前期信道选择过程中对性能的改善，同时，次用户业务需求与信道连续可用时隙的不匹配还会带来大量可用频谱的浪费。为此，本发明利用可变长Markov模型中概率后缀树(Probabilistic SuffixTree, PST)对信道的状态进行多尺度预测，在此基础上提出了一种新的基于业务需求的多尺度频谱接入方法。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提出了基于业务需求的多尺度频谱接入方法。本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案:基于业务需求的多尺度频谱接入方法，其特征在于，所述方法包括步骤如下:步骤A，构建PST状态树；次用户获取授权信道使用状态统计信息，经采样转换为二进制序列，作为构建PST状态树的训练序列，并通过学习过程构建PST状态树；用含有不同字符个数的字符串s标识PST状态树中的节点，字符串s中字符个数Ns不大于D，D表示Markov模型的最大记忆数量，用o表示字符，添加到PST状态树中的字符串s需满足以下三个约束条件:训练序列中字符串s发生的概率P(S):
权利要求
1.基于业务需求的多尺度频谱接入方法，其特征在于，所述方法包括步骤如下:步骤A，构建PST状态树； 次用户获取授权信道使用状态统计信息，经采样转换为二进制序列，作为构建PST状态树的训练序列，并通过学习过程构建PST状态树； 用含有不同字符个数的字符串s标识PST状态树中的节点，字符串s中字符个数Ns不大于D，D表示Markov模型的最大记忆数量，用o表示字符，添加到PST状态树中的字符串s需满足以下三个约束条件: 训练序列中字符串s发生的概率P(S):
全文摘要
本发明提出了基于业务需求的多尺度频谱接入方法。所述方法根据信道使用状态二进制序列学习构建PST状态树，考虑认知无线电系统中业务需求差异，利用可变长Markov模型中PST对信道的状态进行多尺度预测，进而指导频谱接入策略。本发明中的PST算法对复杂序列数据建模，方法简单适合用于分析，并且学习过程具有很好的理论性能保证，预测准确度高；根据认知业务需求通过PST对信道的状态进行多尺度预测，从而使次用户优先接入与其业务需求匹配的信道，能有效降低主次用户的冲突率，改善无线通信的QoS，提高频谱的利用率。
文档编号H04W24/00GK103249050SQ201310134450
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月17日 优先权日2013年4月17日
发明者张晖, 刘伟, 杨龙祥, 朱洪波 申请人:南京邮电大学