协同认知无线网络跨层设计方法与流程

技术特征：

1.协同认知无线网络跨层设计方法，用于协同认知无线网络中，其特征在于，协同认知无线网络由至少一个主用户网络、一个融合中心以及至少一个次用户网络构成，主用户网络内包括有主用户基站和多个主用户，主用户基站与各主用户通信连接，次用户网络中包括有次用户基站和多个次用户，次用户基站与各次用户通信连接；该协同认知无线网络跨层设计方法包括如下步骤1至步骤8：

步骤1，建立各主用户网络内主用户基站分别与各次用户网络中次用户基站之间的通信连接，以由主用户基站随时接收次用户经所处次用户网络内的次用户基站发送来的利用主用户网络中频段进行通信的接入服务要求；

步骤2，各主用户网络中的主用户基站以及各次用户网络中的次用户基站均分别对应的获取自身位置，建立融合中心与各主用户网络内的主用户基站、各次用户网络内的次用户基站之间的通信连接，以由融合中心获取各主用户基站与各次用户基站发送来的位置信息；

步骤3，融合中心根据各主用户基站以及各次用户基站发送来的位置信息，分别计算出各主用户基站与各次用户基站之间的直线距离值，并根据所得各主用户基站与各次用户基站间的距离值对主用户网络和次用户网络之间的配合接入情况进行分类管理：

针对一主用户基站，当次用户基站与该主用户基站之间具有最小距离值时，则选定该次用户基站与该主用户基站作为实现跨层接入的配对基站，并由该主用户基站负责对该次用户基站所处次用户网络中次用户的接入服务；否则，继续搜索与该主用户基站具有最小距离值的次用户基站作为与主用户基站实现跨层接入的配对基站，以由该主用户基站专门负责对该配对的次用户基站所处次用户网络中次用户的接入服务；

步骤4，在各次用户网络中，次用户基站预设M个联盟分区阈值，各次用户分别将获取的自身信噪比发送给所处同一个次用户网络中的次用户基站，由次用户基站对所处次用户网络内的次用户进行联盟分区并对各分区的联盟编号；M≥1；次用户基站对所处次用户网络内的次用户的联盟分区过程包括如下步骤4-1至步骤4-4：

步骤4-1，次用户基站根据所处次用户网络中各次用户发送来的信噪比，依次计算各次用户所受网络内其他次用户干扰的归一化干扰因子；其中，次用户CR_i的归一化干扰因子记为

${\mathrm{\ζ}}_i=\frac{\underset{l=1,l\≠i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{{\mathrm{SNR}}^2}_l-{{\mathrm{SNR}}^2}_i}{{{\mathrm{SNR}}^2}_i}}{\sqrt{\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(1/{{\mathrm{SNR}}^2}_i)}^2}};\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ζ}}_i}=\frac{{\mathrm{\ζ}}_i}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ζ}}_i};$

SNR_i表示次用户CR_i的自身信噪比，N表示次用户CR_i所处次用户网络中所有次用户的总数目；i＝1,2,…,N，N≥3；

步骤4-2，次用户基站计算各次用户在所有次用户网络中的归一化信赖指数；其中：次用户CR_i的归一化信赖指数记为

${\mathrm{\ψ}}_i=\frac{\frac{1}{N}\underset{l=1,l\≠i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{SNR}}_i-{\mathrm{SNR}}_l)}^2}{\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left({\mathrm{SNR}}_i\right)}^2}{N}}};\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ψ}}_i}=\frac{{\mathrm{\ψ}}_i}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ψ}}_i};$

步骤4-3，次用户基站根据所得各次用户的归一化干扰因子以及归一化信赖指数，得到各次用户接入主用户网络的优先接入指数；其中，次用户CR_i接入主用户网络的优先接入指数记为ρ_i；i＝1,2,…,N，N≥3；为次用户CR_i的归一化信赖指数，为次用户CR_i的归一化干扰因子；

步骤4-4，次用户基站预设M个联盟分区阈值，设定M+1个联盟分区段分别为[-∞,λ₁)、[λ₁,λ₂)、…、[λ_M-1,λ_M)和[λ_M,∞)；其中，位于第一联盟内的次用户对应的优先接入指数处于[-∞,λ₁)区间段内，位于第二联盟内的次用户对应的优先接入指数处于[λ₁,λ₂)区间段内，依次类推，位于第M联盟内的次用户对应的优先接入指数处于[λ_M-1,λ_M)区间段内，位于第M+1联盟内的次用户对应的优先接入指数处于[λ_M,∞)区间段内，并对各联盟依次进行编号；

步骤5，在各主用户基站搜索得到其专门负责的次用户网络后，当次用户网络中的次用户需要使用频段进行通信时，次用户发送其所处的联盟编号给次用户基站，并由该次用户基站发送使用频段请求给对应配对的主用户基站，以由主用户基站来监测所处主用户网络内各主用户所使用授权频段的占用状态情况，并将监测到的空闲频谱信息发送给与该主用户基站配对的次用户基站：

主用户基站实时通过在物理层上对所处主用户网络中各主用户占用的授权频段情况进行监测以整合得到所处主用户网络中的空闲频谱以及识别各授权频段所对应主用户信号的调制方式，且由主用户基站实时更新其所监测到的空闲频谱，并在将主用户基站最近更新的空闲频谱上传至MAC层管理后，由该主用户基站将监测到的该最近更新的空闲频谱信息以及各主用户信号调制方式转发给与该主用户基站配对的次用户基站；

步骤6，在需要利用频段通信的次用户所处的次用户网络中，该次用户网络中的次用户基站在接收到主用户基站所发送来的空闲频谱和主用户信号调制方式后，该次用户基站将空闲频谱利用正交频分多址技术生成多个不连续的空闲频段且根据生成的空闲频段利用跳频技术产生多个跳频图案，并根据次用户所处的联盟编号，以由次用户基站将接收的所有主用户信号调制方式以及产生的跳频图案动态地分配给需要使用频段进行通信的次用户，然后由次用户根据接收的主用户信号调制方式，调整自身信号调制方式区别于主用户信号调制方式，并由次用户根据跳频图案在不同时刻占用不同的频段通信，以满足次用户接入到主用户网络中的要求，从而实现次用户无干扰地接入到主用户网络中，以满足该次用户利用主用户网络中的空闲频段进行通信；

步骤7，在步骤6中的所述次用户利用频段完成通信后，该次用户发送腾出频段的通知信息以及所处联盟编号给所处次用户网络中的次用户基站，以由次用户基站将次用户已腾出频段的反馈信息发送给对应的主用户基站；

步骤8，主用户基站在接收到次用户基站针对频段腾出的反馈信息后，如果主用户基站判断该频段所属的主用户未提出占用此频段的请求时，则主用户基站将该频段作为跨层接入的备用频段，以供后续需要频段通信的次用户接入使用；如果主用户基站判断该频段所属的主用户提出占用该频段的请求时，则主用户基站反馈该频段可恢复占用的信息给主用户，以实现主用户对该频段的正常使用。