一种认知无线电中应用的信道随机征用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种认知无线电中应用的信道随机征用方法，属于通信技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信技术的迅速发展，人们对无线电也有了深刻的认识。然而，频谱资源 在现实生活中的利用率却不高，尤其是大部分已授权的频谱资源存在着严重的浪费。这种 现象大部分是由于采用传统的固定分配模式来分配信道资源所造成的。
[0003] 为了高效的利用频谱资源，基于频谱资源的择机频谱接入技术在认知无线电中被 提了出来。认知无线电中的择机频谱接入技术是在感知频域、时域和空域等频谱环境，自动 搜寻出已授权频段的空闲频谱的基础上加以利用，并允许未授权用户在不干扰已授权用户 的情况下，随机的征用可用信道进行通信。一旦已授权用户要建立通信，未授权用户马上释 放所占用的信道供给已授权用户使用。
[0004] 鉴于频谱资源趋于枯竭的今天，如果能够把这些被浪费的频谱资源进行二次利 用，那么在很大程度上就提高了频谱资源的利用率，因此提出了认知无线电中信道随机征 用的方法。该方法通过随机分配信道，采用并行处理自主决策算法来循环检测随机征用信 道，最终得到最优的信道协调模型，从而大幅度的提高频谱的利用率，减少资源的浪费。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一种认知无线电中应用的信道随机征用方法，在随机分配的信道中 能快速的找到空闲信道供给用户随机征用，并且使得通信系统的吞吐量达到最优，从而得 到最优的信道协调模型的问题。
[0006] 本发明认知无线电中应用的信道随机征用方法是这样实现的：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。
[0007] 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：
[0008] St印1、网络信道依据随机游走模型获取信道矩阵Hmxn:
[0009] 首先在网络中运用随机游走模型y(t) = e+y(t-l)+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mXn维随机信道矩阵Hnixn:
[0011] 其中，y(t)表示信道序列，e(t)表示随机项，并且E[e(t)] = 0，e表示常数项， Hm，n表示第m行的第n个信道；
[0012] St印2、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：
[0013] 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；
[0014] 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Stepl中得到的信道矩阵H mxn中信道的占用情况，不断的循环来形成通信 模型；
[0015] 其中，信道矩阵Hmxn是由V个信道组成的mXn维的矩阵，每一项H(m，n)表示一个 信道；
[0016] St印3、计算未授权用户信道征用的概率：
[0017] 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
[0018] 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多〇, In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；
[0019] St印4、未授权用户和已授权用户进行信道征用：
[0020] St印4. 1、在信道矩阵Hmxn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；
[0021] 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；
[0022] 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；
[0023] 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；
[0024] St印5、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：
[0025] 在信道矩阵Hmxi^，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
[0026] 其中，X表示数据传输速率，k表示信道征用循环次数，0表示信道检测时间，T 表示信道征用循环周期；
[0027] Step6、确定最优模型：
[0028] 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。
[0029] 在所述步骤St印5中，当信道循环征用过程结束后，把检测到的已被用户占用并 且能够进行数据通信的信道H(m，n)标记为"1"，其他的信道标记为"0"，这样就从随机信道 矩阵H mxnR换到了有效信道矩阵Ht，这种依次不断的进行循环，在给定参数的条件下，不断 的计算得到每次的吞吐量，所有循环结束后，会得到相对应的模型。
[0030] 本发明的有益效果是：
[0031] 本发明采用随机游走模型来随机分配形成信道矩阵，从而避开了基站对信道分配 的参与，减少了能量的消耗，缩短了信道周期，提高了信道资源的利用率；
[0032] 本发明采用了循环向后跳位方法，从而能够快速的检测信道情况，缩短信道检测 时间。另外，本发明也可以采用循环顺序向后错位方法、循环顺序向前错位方法、以及循环 向前跳位方法；
[0033] 本发明在从随机信道矩阵转换到有效信道矩阵时采用了信道简化标记语言，即， 在信道循环征用过程结束后，把检测到已被占用并且能够进行数据通信的信道H(m，n)标 记为" 1"，其他的标记为"0"，这样优化了运算的复杂度；
[0034] 本发明采用随机分配信道，随机检测信道，随机征用信道的模式，降低能量，减小 了循环周期，并采用并行处理算法，使得所有循环的信道征用方案都不通过基站反馈就能 直接得到最优方案，从而提高了频谱资源的利用率。
【附图说明】
[0035] 图1为本发明的信道随机征用流程图；
[0036] 图2为本发明单个循环的最优吞吐量计算流程图。
【具体实施方式】
[0037] 实施例1 :如图1-2所示，一种认知无线电中应用的信道随机征用方法，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