一种认知无线电网络中的接纳控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种认知无线电网络中的接纳控制方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）获取马尔科夫模型的系统参数，根据马尔科夫模型求出带有接纳控制概率的稳态概率；（2）由带有接纳控制概率的稳态概率，在满足非线性规划问题的前提下，使吞吐率最大；（3）根据最佳信道感知长度，随机选择感知信道集，确定感知到的信道个数；（4）SUs将感知到的信道个数发给基站，基站根据当前的状态和最佳接纳控制概率，决定SUs是否接入信道；（5）如果新到的PUs挤占SUs占用的信道，则返回（3），如果新到的PUs占用空闲信道，则过程结束。该方法能在SUs的掉线率和PUs的碰撞率小于预先给定的门限值的情况下，使认知无线电网络的吞吐率达到最大值。
【专利说明】一种认知无线电网络中的接纳控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于认知无线电网络【技术领域】，更具体地，涉及一种认知无线电网络中的接纳控制方法。
【背景技术】
[0002]随着各种新型手机设备的迅速出现和宽带无线多媒体设备的快速发展，频谱资源变得越来越少。至今为止，大多数可用于陆地移动通信的频谱带宽已经分配给了静态频谱。而令人惊奇的是，研究发现很多授权频谱的利用率非常低。为了提高频谱利用率，认知无线电作为一个非常有前途的技术被提出来。认知无线电允许二级用户通过一种伺机的方式感知并利用授权频谱中的白洞。
[0003]然而，认知无线电网络中严格的质量保证是一个很大的挑战，尤其是在现在的不完美信道感知的条件下。一方面，由于一级用户(PUs)对于授权频谱有绝对的优先权，那么对于二级用户(SUs)来说，可用的频谱资源是动态变化的。当PUs到达时，具有低优先级的SUs有可能要中断服务。那些中断的SUs不得不立马进行切换。如果SUs切换不成功，SUs就会掉线，而一个活动的用户突然掉线是服务质量中最不能容忍的情况之一。因此，SUs的掉线率必须控制在一个预先给定的门限值内。
[0004]另一方面，SUs的活动不能降低I3Us的服务质量。虽然SUs能够感知和利用可用的信道资源，但是由于噪声和衰减，SUs不能进行精确的信道感知。一种不精确感知叫做虚警，意思是当信道空闲时，SUs把它感知为忙，这就会导致忽视可用信道而降低信道利用率。另一种不精确感知叫做错检，意思是当信道忙时，SUs把它感知为空闲，这就会使SUs和PUs发生碰撞进而降低PUs的服务质量。因此，必须对正在服务中的PUs的碰撞率进行严格限制。
[0005]接纳控制(CAC)对于保证服务质量来说是一种很好的方法，它可以根据当前的流量负荷状态对新到会话进行流量控制。现有的CAC可以保证掉线率和碰撞率小于门限值，却不能保证吞吐率最大。而且，目前对认知无线电网络中不完美信道感知的研究主要集中在性能分析和信道接纳策略，尽管能最大化SUs的性能，但会使PUs的性能降低。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种认知无线电网络中的接纳控制方法，在SUs的掉线率和PUs的碰撞率小于预先给定的门限值的情况下，使认知无线电网络的吞吐率达到最大值。
[0007]为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种认知无线电网络中的接纳控制方法，其特征在于，包括如下步骤:(I)获取马尔科夫模型的系统参数，根据马尔科夫模型求出带有接纳控制概率的稳态概率；(2)由步骤(1)得到的带有接纳控制概率的稳态概率，在满足下列非线性规划问题的前提下，使吞吐率最大:(Al) —级用户PUs的碰撞
率Pm1( Ji)≤门限值) ； (A2) 二级用户SUs的掉线率PdrapU )≤门限值; (A3)MT(Ji) - P(Ji) = O ;其中，MT (Ji) -P(Ji) = O是马尔科夫模型的平衡方程和归一化方程的矩阵联合表示，M T (π)是转移矩阵，ρ(π )是带有CAC概率的稳态概率，π是接纳控制概率向量；(3)根据最佳信道感知长度(ηΛη/)，随机选择感知信道集，确定感知到的信道个数；(4) SUs将感知到的信道个数发给基站，基站根据当前的状态和最佳接纳控制概率，决定SUs是否接入信道；(5)如果新到的PUs挤占SUs占用的信道，则返回步骤(3)，如果新到的PUs占用空闲信道，则过程结束。
[0008]优选地，所述步骤(1)中，所述系统参数包括:一级信道PCs个数C1，二级信道SCs个数C2,错检率pmd，虚警率pfal，新到SUs和切换SUs能够感知到的最大PCs数量η。和ns，
以及SUs的掉线率和正在服务中的PUs的碰撞率的门限值和p[T。
[0009]优选地，所述步骤(2)进一步包括如下步骤:(2-1)确定最佳接纳控制概率;(2-2)由最佳接纳控制概率确定最佳信道感知长度(ηΛη/)。
[0010]优选地，所述步骤(2-1)进一步包括如下步骤:
[0011](2-1-1)初始化接纳控制概率向量31“)=0，其中3 = 0;
[0012](2-1-2)寻找最佳可行方向，进一步包括如下步骤:
[0013](2-1-2-1)如果(^(π⑴)〈O))且(ρ~(π⑴)<P=)且Ivrsu(^)IH1，则 ^ =
π ω，过程结束；
[0014](2-1-2-2)如果(Prol(；r⑴)</Τ>}且且.1Ksu(辱S1，则p/) =VRsu(?t(0)，则执行步骤(2-1-4)； [0015](2-1-2-3)如果或(pdlDp(Ti⑴)=尸=)，则执行步骤(2-1-3)；
[0016]其中，VRsu(Yn)是认知无线电网络的吞吐率RsuU ω)在点JI ω处的梯度，(t)
为第t次迭代的接纳控制概率，P,,.=(Κ,_..,<)Τ*吞吐率的梯度，其中，-1 ^ dm ^ l,m
=1，2，…，ηπ，ηπ是部分观察的初始状态数，pd(t)为第t次迭代的吞吐率的梯度，S1X)为吞吐率迭代的误差限；
[0017](2-1-3)在满足下列线性规划问题的前提下，确定最佳可行方法(ρΛ nt):
[0018](BI) —(▽/?、〃(丌⑴))'pd </7
[0019](B2)^n^(pcol( πωJ = PriJ0), (vPcol( πω)) prf ，
[0020]如果(Pdrop(W))= C)), (vPdrop(^n))Tprf<^ ；
[0021]其中，p/为最佳可行方向，n < O为最佳可行方向的吞吐率、掉线率和碰撞率迭代的上限，\为η的最小值，νΡαι1(πω)和VpdlJn⑺)分别是PUs的碰撞率ω)和SUs的掉线率PdrapU ω)在点π ω处的梯度；
[0022](2-1-4)在满足下列线性规划问题的前提下，确定最佳可行方向上的最佳步长入％使吞吐率最大，其中，λ为最佳可行方向上的步长，
【权利要求】
1.一种认知无线电网络中的接纳控制方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)获取马尔科夫模型的系统参数，根据马尔科夫模型求出带有接纳控制概率的稳态概率； (2)由步骤(1)得到的带有接纳控制概率的稳态概率，在满足下列非线性规划问题的前提下，使吞吐率最大: (Al) 一级用户PUs的碰撞率
2.如权利要求1所述的认知无线电网络中的接纳控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述系统参数包括:一级信道PCs个数C1, 二级信道SCs个数C2,错检率Pmd,虚警率Pfal,新到SUs和切换SUs能够感知到的最大PCs数量η。和ns，以及SUs的掉线率和正在服务中的PUs的碰撞率的门限值和p(:、。
3.如权利要求1或2所述的认知无线电网络中的接纳控制方法，其特征在于，所述步骤(2)进一步包括如下步骤: (2-1)确定最佳接纳控制概率Ji * ； (2-2)由最佳接纳控制概率确定最佳信道感知长度(ηΛη/)。
4.如权利要求3所述的认知无线电网络中的接纳控制方法，其特征在于，所述步骤(2-1)进一步包括如下步骤: (2-1-1)初始化接纳控制概率向量Ji (t) = O，其中，t = O ; (2-1-2)寻找最佳可行方向，进一步包括如下步骤: (2-1-2-1)如果
5.如权利要求3所述的认知无线电网络中的接纳控制方法，其特征在于，所述步骤(2-2)进一步包括如下步骤: (2-2-1)初始化最大吞吐率R_max = O,最佳信道感知长度(n。*，ns*)中，n。* = I, ns* =I ; (2-2-2)根据各种可能的信道感知长度，由最佳接纳控制概率确定最佳信道感知长度(nc，ns) ο
6.如权利要求1至5中任一项所述的认知无线电网络中的接纳控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中,基站在[0,1]内随机选择一个数X,如果X大于接纳控制概率,新到SUs就会被阻塞或者切换SUs掉线，则过程结束，否则SUs就接入信道进行服务，执行步骤(5)。
【文档编号】H04W28/10GK103716840SQ201310722391
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】刘干, 董有臣, 崔飞, 何国宝, 周凡超, 饶海洋 申请人:华中科技大学