专利名称：一种认知无线电场景中以用户为中心的链路建立方法
技术领域：
本发明涉及一种在认知无线电场景中以用户为中心的无线系统中链路建立的方 法，属于无线通信技术领域，特别涉及认知无线电技术(Cognitive Radio, CR, S. Haykin, “CognitiveRadio :Brain_Empowered Wireless Communications,，，IEEE JSAC, Feb. 2005, vol. 23，no2,pp.201—220)。
背景技术：
CR技术已经成为一种提高频谱使用效率的最有吸引力的技术之一。基于CR技术 提高无线系统性能的研究也取得了很多进展。在传统的无线通信系统当中，采用的都是以 卖方为中心的系统，即用户服从服务提供商(卖方)，并总是使用卖方分配的频谱，建立链 路进行通信。以卖方为中心的系统效用性能(定义为频谱效率、阻塞率)较低。针对这个问题，已经有了一些初步的研究结果。部分研究者提出了一种以用户为 中心的无线系统设置。在用户中心的系统中，用户无论在任何时间、任何位置都能自由地选 择最佳卖方提供的服务。智能移动台通过一定规则来选择最佳卖方。但是，该文章没有提 供 CR 场景中初始链路的建立方法(Zekavat S A，Li X. "User-central wireless system ultimatedynamic channel allocation,，，in :proc. IEEE DySPAN 2005, November,2005, PP. 82-87)。而基于OFDM的信令交换机制建立链路时，在收发端频谱检测结果不一致的 时候，会对授权用户(Incumbent Users)造成更加严重的干扰(T.Weiss，J. Hillenbrand, A.Krohn, F. K. Jondral, "Efficient Signaling of Spectral Resources in Spectrum Pooling Systems,"Proc. Of the 10th Symposium on Communications and Vehicular Technology SCVT 2003，Eindhoven，Netherlands，2003)。另外的研究者为信令控制信 道分配专用的逻辑信道，并将超宽带(Ultra-Wide Band, UffB)技术作为一种信令传输机 制。为了解决CR场景中不断变化的可用频谱，有一些研究者提出了一种链路维护机制， 但是，他们并没有对具体技术进行阐述(D. ffillkomm, J. Gross, and A. ffolisz, "Reliable Link Maintenance in CognitiveRadio Systems,，，In Proc. Of the IEEE Symposium on New Frontiers in Dynamic SpectrumAccess Networks(DySPAN 2005), Baltimore (MD), November 2005)。现有方法(基于boosting协议和OFDM的方法)假设接入点(Access Point,AP)已经广播了强制频谱资源分配矢量给所有移动台 (MobileStation, MS)。该方法只考虑有信道授权用户接入和原来的授权用户退出的情况。第一阶段收集检测结果阶段。第一步各个移动台在做完信号检测之后，将新检测到的结果和上个检测周期之 后广播的分配矢量相比较。如果有新的授权用户接入网络中，那么检测到新的授权用户接 入的移动台在新接入用户接入的子载波上以最大的发射功率发射复值符号，比如Ι+jl，在 其它子载波上不发射信号。第二步由于新接入的授权用户的信号被检测到其信号的移动台放大了，接入点设备很容易地检测到新接入的授权用户占用的频谱。第三步在旧的已分配的自带和空闲的子带之间做一一映射，移动台在对应已分 配子带的空闲子带上以最大发射功率发射信号，退出网络的授权用户对应的子带对应的空 闲子带上不发射信号。第四步接入点预先知道旧的已分配的子带和空闲子带之间的一一映射关系，所 以它能检测出授权用户的退出。第二阶段广播分配矢量。第一步接入点设备将分配矢量划分为若干段，每一段用循环冗余校验 (CyclicRedundancy Checksum, CRC)编码后组合成包分开传输。每个包在空闲的OFDM子 载波上周期性的重复传输(至少重复3次)。第二步移动台在空闲的OFDM子载波上接收到接入点广播的包，得到新的频谱分配矢量。该方法的缺点1、基于OFDM的信令传输机制，在收发端频谱检测结果不一致，特别是在有使用大 量子带的新授权用户接入时，会对授权用户造成不必要的干扰。2、只考虑了接入点和移动台之间链路维护机制，没有考虑移动台初始接入时的机 制。3、基于卖方中心的系统，频谱没有得到充分的利用，阻塞率稍高。
发明内容
在传统的无线通信系统中，都是以卖方为中心，导致频谱利用率不充分，且由于链 路收发两端所处电磁环境的差异，导致收发端的可用无线频谱并不完全一致，从而造成频 谱利用率不高，用户间相互干扰和链路质量下降的问题。为了解决上述技术问题，本发明提 出了一种认知无线电场景中以用户为中心的链路建立方法。本发明技术方案为一种认知无线电场景中以用户为中心的链路建立方法，前提条件是假设CR网络 中，存在若干BS (基站，Base Station)以及若干MS (移动台，Mobile Station)，BS和MS的 频谱检测结果能真实、可靠地反映BS和MS端的可用频谱分布情况。每一个BS都有特定的 卖方提供，卖方形成了由一个卖方间移动注册中心(MRC)控制的卖方区域网络。MS不需要 预定任何卖方，只要注册到MRC就成为无线网络的合法用户。其过程，包括如下步骤步骤一频谱环境感知在用户中心的无线系统中，当MS开机后，搜索卖方发射的导频信号来鉴别卖方的 BS，利用解调得到的数据评估初始链路质量。如果链路质量大于或等于门限值Tl，那么认为 链路可用并且MS发送请求使卖方通知其基站。BS向请求的MS发送自身信息。MS接收到 卖方BS的响应以后，为其建立损耗函数。然后，MS继续感知环境，并接收可用信道，产生关 联的损耗函数。步骤二 最佳卖方锁定在完成步骤一的频谱环境感知，建立了相关的模型池后。MS基于最佳的损耗函数 来选择最佳卖方。然后，用户锁定最佳卖方，最佳卖方向MRC发送锁定信息。MS和锁定的BS建立初始链路。步骤三稳定收发频谱罩在锁定最佳卖方以后，MS和BS之间建立了一条可用的链路，但是MS和BS之间的收发频谱罩仍然有差异。MS和BS之间通过频谱检测结果交换来减小其收发频谱罩之间的差异。在整个链路使用过程中，以周期TO重复步骤一、步骤二和步骤三以对链路进行维 护。本发明的有益效果1、降低了呼叫阻塞率。与卖方中心系统不同，在用户中心系统中，用户的呼叫阻塞 率明显降低，因为用户可以自由选择有可用信道的卖方，这样只有所有卖方都超负载时才 会发生呼叫阻塞。2、频谱效率提高。与卖方中心系统相比，用户中心系统有更高的频谱效率，因为其 呼叫阻塞率更低；这样可以接入更多的呼叫，从而提高频谱利用率。3、提出了完整的以用户为中心的稳定链路建立和维护方法，不需要专用的控制信道。
图1是用户中心无线系统结构图；图2是移动台感知过程；图3是MS建立链路过程流程图；图4是稳定频谱罩流程图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。步骤一频谱环境感知在用户中心的无线系统中，当MS开机后，搜索卖方发射的导频信号来鉴别卖方的 BS，利用解调得到的数据评估初始链路质量。如果链路质量大于或等于门限值Tl (门限值 Tl可以为信噪比，可以为信号功率，其取值范围取决于具体的应用场景，包括通信信道条 件、所采用的发射方案和业务类型等)，那么认为链路可用并且MS发送请求使卖方通知其 基站。BS向请求的MS发送自身信息。MS接收到每个卖方BS的响应以后，为其建立损耗函 数。然后，MS继续感知环境，并接收可用信道，产生关联的损耗函数。步骤二 最佳卖方锁定在完成步骤一的频谱环境感知，建立了相关的模型池后。MS基于最佳的损耗函数 来选择最佳卖方。然后，用户锁定最佳卖方，最佳卖方向MRC发送锁定信息。MS和锁定的 BS建立初始链路。步骤三稳定收发频谱罩在锁定最佳卖方以后，MS和BS之间建立了一条可用的链路，但是MS和BS之间的 收发频谱罩仍然有差异。MS和BS之间通过频谱检测结果交换来减小其收发频谱罩之间的 差异，如图4所示，具体包括如下步骤
第一步MS通过其收发频谱罩，发射它的频谱检测结果。第二步BS通过其接收频谱罩接收到MS发射的信号，并且通过接收到的信号估计 MS端可用的频谱资源；BS估计得到的结果和其本地的检测结果的交集作为BS新的发射频 谱罩和接收频谱罩；BS实际的频谱检测结果通过新的发射频谱罩发射出去。第三步MS通过其接收频谱罩接收到BS发射的信号，并且通过接收到的信号估计 BS端的可用频谱资源；MS估计得到的结果和其本地的检测结果的交集作为MS的新的发射 频谱罩和接收频谱罩；MS实际的频谱检测结果通过新的发射频谱罩发射出去。第四步经过MS和BS之间多次交换后，如果BS的收发频谱罩在不断变化，那么MS 和BS之间不断地交换频谱检测结果，直到交换次数达到最大可以允许的次数M(M取决于不 同应用场景中业务对时延的要求)。在交换次数超过M之后，如果BS的收发频谱罩仍然在 变化，那么放弃该链路；如果BS的收发频谱罩和MS的收发频谱罩相比差异小于或等于门限 值T2 (门限值T2可以为差错个数，其取值范围取决于具体的应用场景，包括通信信道条件、 所采用的发射方案和业务类型等)，那么停止交换，完成链路建立，进行数据传输。在整个链路使用过程中，以周期TO重复步骤一、步骤二和步骤三以对链路进行维护。以上实施例仅用以说明而非限制本发明所涉及的技术方案，尽管参照以上较佳实施例 对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本发明的技术方案可以进行 修改、变形或者等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权 利要求范围之中。
权利要求
一种认知无线电场景中以用户为中心的链路建立方法，前提条件是假设CR网络中，BS和MS的频谱检测结果能真实、可靠地反应BS和MS端的可用频谱分布情况，MS事先注册到MRC中成为无线网络的合法用户；其特征在于包括以下步骤步骤一频谱环境感知在用户中心的无线系统中，当MS开机后扫描频谱，搜索卖方发射的导频信号来鉴别卖方的BS，利用解调得到的数据评估初始链路质量；如果链路质量大于或等于门限值T1，那么认为链路可用并且MS发送请求使卖方通知其基站BS；BS向请求的MS发送自身信息；MS接收到每个卖方的BS的响应以后，为其建立损耗函数；然后，MS继续感知环境，并接收可用信道，产生关联的损耗函数；步骤二最佳卖方锁定MS基于最佳的损耗函数来选择最佳卖方；然后，用户锁定最佳卖方，最佳卖方向MRC发送锁定信息；MS和锁定卖方的BS建立初始链路；步骤三稳定收发频谱罩在锁定最佳卖方以后，MS和BS之间建立了一条可用的链路，但是MS和BS之间的收发频谱罩仍然有差异；MS和BS之间通过频谱检测结果交换来减小其收发频谱罩之间的差异，具体包括如下步骤第一步MS通过其收发频谱罩，发射MS的频谱检测结果；第二步BS通过其接收频谱罩接收到MS发射的信号，并且通过接收到的信号估计MS端可用的频谱资源；BS估计得到的结果和其本地的检测结果的交集作为BS新的发射频谱罩和接收频谱罩；BS实际的频谱检测结果通过新的发射频谱罩发射出去第三步MS通过其接收频谱罩接收到BS发射的信号，并且通过接收到的信号估计BS端的可用频谱资源；MS估计得到的结果和其本地的检测结果的交集作为MS的新的发射频谱罩和接收频谱罩；MS实际的频谱检测结果通过新的发射频谱罩发射出去；第四步经过MS和BS之间多次交换后，如果BS的收发频谱罩在不断变化，那么MS和BS之间不断地交换频谱检测结果，直到交换次数达到最大可以允许的次数M；在交换次数超过M之后，如果BS的收发频谱罩仍然在变化，那么放弃该链路；如果BS的收发频谱罩和MS的频谱罩差异小于或等于门限值T2，那么停止交换，完成链路建立，进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的一种认知无线电场景中以用户为中心的链路建立方法，其特 征是，在整个链路使用过程中，以固定的周期TO重复步骤一、步骤二和步骤三以对链路进 行维护。
3.根据权利要求1所述的一种认知无线电场景中以用户为中心的链路建立方法，其特 征在于，门限值Tl可以为信噪比或信号功率，其取值范围取决于具体的应用场景，所述具 体的应用场景包括通信信道条件、所采用的发射方案和业务类型。
4.根据权利要求1所述的一种认知无线电场景中以用户为中心的链路建立方法，其特 征在于，BS向请求的MS发送自身信息包括且不限于信道可用性、拥塞率、BER、信号功率。
5.根据权利要求1所述的一种认知无线电场景中以用户为中心的链路建立方法，其特 征在于，所述的门限值T2为差错个数，其取值范围取决于具体的应用场景，所述具体的应 用场景包括通信信道条件、所采用的发射方案和业务类型。
全文摘要
一种认知无线电场景中以用户为中心的链路建立方法，属于无线通信技术领域。在以用户为中心的系统中，用户可以自由选择有可用信道的卖方，这样只有所有卖方都超负载时才会发生呼叫阻塞。从而降低呼叫阻塞率，提高频谱的效率。该方法包括初始频谱环境感知，最佳卖方锁定，稳定收发频谱罩三大步骤。初始频谱环境感知中，MS扫描BS信标，选择链路质量符合的卖方，发送请求，建立卖方模型和相关的损耗函数；最佳卖方锁定中，在已建立的模型池里选择最佳卖方，MS向MRC发送锁定请求，MRC向选定的卖方发送锁定信息，MS与卖方BS之间建立初始链路；在稳定收发频谱罩中，MS和BS之间通过频谱检测交换减小二者差异，建立稳定链路，BS在更新时间T内向MS提供通信服务。本发明引入以用户为中心的思想，能有效降低呼叫阻塞率，提高频谱效率。
文档编号H04W24/00GK101815311SQ20101012162
公开日2010年8月25日 申请日期2010年3月10日 优先权日2010年3月10日
发明者吴威, 周忠, 李毅, 苏金钊, 赵沁平 申请人:北京航空航天大学