专利名称：基于中继协作传输的认知无线电系统及其资源分配方法
技术领域：
本发明涉及认知无线电技术领域，尤其涉及一种基于中继协作传输的认知无线电 系统及其资源分配方法。
背景技术：
近年来，认知无线电被认为是一种可以促进频谱高效利用的有效手段。但是，因为 次级用户只能机会式地使用未被主用户占用的频谱空洞，而分布在不同地理位置的主用户 的频谱使用状况是不同的，所以在认知无线电系统中，频谱可用性具有不稳定的特性，而且 可用频谱的分布也可能十分不平衡。与此同时，用户业务类型和需求是多种多样的，这就意 味着有可能发生一个认知用户的可用频谱资源与其业务需求非常不匹配的情况。为了协调 用户可用频谱资源与业务需求之间可能出现的不匹配性，尽可能为认知用户提供满足QoS 需求的服务，同时增大系统吞吐量和频谱利用率，中继被引入到认知无线电系统中。在可使 用中继传输的认知无线电系统中，有些用户的业务需求较低，无需占用其可使用的所有频 谱即可完成传输任务，所以，如果这些频谱资源比较“富裕”的认知终端可以利用自身多余 的频谱资源中继其他认知终端的业务，系统吞吐量和资源利用率就将得到提升。同时，用户 不仅可以通过认知基站向终端的直接传输获得服务，还可以选择其他认知终端作为其中继 节点为其提供中继传输，这样用户的QoS需求也将得到更好的满足。但是，在认知无线电系 统中引入中继以后，无线资源分配就将变得十分灵活且复杂。因此，设计一种合适的无线资 源分配机制与方法就成为了认知系统所面临的主要技术挑战之一。端到端重配置(End-to-End Reconfigurability, E2R)是无线通信中的先进的概 念，它是软件无线电(Software Defined Radio, SDR)的演进技术。重配置技术的诞生使得 终端设备以及认知基站设备可以灵活动态地配置其工作频率等工作参数，并允许其工作在 任意频段和资源使用模式下。终端和认知基站能够灵活动态地工作在不同频段的能力使得 认知中继系统的应用成为可能。重配置技术的出现将支持认知中继系统中灵活的无线资源 分配，有效地优化系统性能，提高频谱利用率，实现在尽可能满足用户QoS需求的前提下最 大化系统有效吞吐量的目标。目前，人们已经针对认知中继系统中的无线资源分配问题提出了一些解决方法。 其中一种较为主流的系统与场景设计为在此认知中继系统中，次级用户只能使用未被主用户占用的频谱。系统中各个节 点(包括认知基站和认知终端)的频谱可用性可能是不同的。若以子信道为频谱划分的单 位，则仅当两个节点的可用子信道匹配的时候，这两个节点才可以直接通信。假定任意节点 都处于其他节点的干扰范围之内，为了避免干扰，一个子信道只能同时被一个连接使用。认 知终端不仅可以通过与认知基站直接通信获取服务，也可以选择其他认知终端作为其中继 节点为其提供中继传输。所有的认知终端最多有两跳(即经过一次中继)。认知终端的传 输均为半双工。另外，此系统为时分系统。每一个帧被划分为两个相等的时段。在每帧的 前半段，只能进行认知基站与认知终端之间的直接传输。在每帧的后半段，除了进行认知基站与认知终端之间的直接传输外，还可以进行认知终端之间的中继传输。因为此系统为半 双工系统，所以各节点的接收与发射是不能同时进行的。这就意味着一旦一个用户被选作 中继，则其在每一帧的后半段就不能再从认知基站接收数据了。每一个认知终端最多有一 个终端节点为其提供中继传输，每一个被选作中继的认知终端也最多为一个其他用户提供 中继协助。基于上述系统设计，提出了一种资源分配方法首先将所有认知终端分为能与认 知基站直接通信的和不能与认知基站直接通信的认知终端两类。将认知基站的可用子信道 分配给各个能与认知基站直接通信的认知终端以使系统总的有效吞吐量最大。如果一个 认知终端获得的吞吐量比其需求的小，该用户的业务需求尚未被完全满足，那么该用户即 被称作一个潜在的目标，还需要中继节点的协助。如果一个认知终端获得的吞吐量足以使 其业务需求得到完全满足，那么该用户可以进一步作为中继协助其他节点，该用户被称作 潜在中继。接下来，采用一种贪婪式的改进的最大流算法为每一个潜在目标选择一个最适 当的潜在中继，同时根据信道可用性与业务需求之间的匹配关系为他们之间的传输分配信 道。然而，本方法只是尽可能的为“潜在目标”(尚未满足QoS需求的认知终端)选择 最适当的中继节点，并不以保证认知用户的QoS为目标，因此无法保证对认知用户QoS的满 足。同时，本系统设定的每一个认知终端最多有一个终端节点为其提供中继传输以及每一 个被选作中继的认知终端也最多为一个其他用户提供中继协助使得系统无法灵活便捷的 为尚未满足QoS需求的用户提供容量充足的传输资源，也限制了系统有效吞吐量的增大以 及频谱利用率的提高。现有技术中的大多数系统都是从单纯提高系统容量的角度出发的，没有或较少考 虑到用户的QoS需求的影响，也就无法充分保证系统对认知用户QoS的满足。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是提供一种应用于认知中继系统中的联合进行中继选 择、频谱分配和速率控制的无线资源分配决策方案，以更好的为认知用户提供服务，满足用 户业务的QoS需求，同时优化系统总吞吐量、频谱利用率等系统性能。(二)技术方案为解决上述问题，本发明提供了一种基于中继协作传输的认知无线电系统，该系 统包括认知基站、以及若干认知终端，所述认知基站包括基站环境认知模块，用于认知外 部环境；认知信息库，用于存储所述认知基站和各认知终端的外部环境信息，以及各认知终 端正在进行的业务的状态信息；无线资源分配模块，用于根据所述认知信息库存储的信息 周期性进行系统的无线资源分配决策，并将所述分配决策传送至基站重配置管理模块以及 各终端重配置管理模块；基站重配置管理模块，根据所述无线资源分配模块的分配决策执 行本基站的频率和工作参数的重配置与管理；所述认知终端包括业务状态模块，用于实 时更新并记录本终端正在进行的业务的状态信息，该状态信息包括业务类型，QoS需求以及 业务完成信息；终端环境认知模块，用于认知外部环境；终端重配置管理模块，用于根据所 述无线资源分配模块的分配决策，执行本终端的频率和工作参数的重配置与管理。
其中，所述基站环境认知模块包括基站频谱检测单元，用于检测本基站处主用户 对频谱的使用状况，得到本基站的频谱可用性信息；基站信道测量单元，用于测量本基站与 其所覆盖的各认知终端之间可用频谱的信道状态，获得本基站与其所覆盖的各认知终端之 间可用频谱的信道状态信息。其中，所述终端环境认知模块包括终端频谱检测单元，用于检测本终端处主用户 对频谱的使用状况，得到本终端频谱可用性信息；终端信道测量单元，用于测量本终端与其 他各终端之间可用频谱的信道状态，获得本终端与其他各终端之间可用频谱的信道状态信 肩、ο本发明还提供了一种上述的基于中继协作传输的认知无线电系统的资源分配方 法，该方法包括步骤Si.根据认知基站以及各认知终端之间的频谱可用性信息以及可用频谱的信道状 态信息，分别将可用于认知基站与各认知终端之间传输的子信道分配给在此子信道上信道 状态最好的认知终端，并估算经过此步骤以后各认知终端的吞吐量；S2.根据各认知终端的业务类型以及QoS需求信息，搜索尚未得到满足其QoS需求 的吞吐量的认知终端，按照第一设定规则，为其再分配一条信道容量足以支持该认知终端 不足的吞吐量的传输的子信道；S3.根据各认知终端的业务类型以及QoS需求，搜索在每帧前半时段即可获得满 足其QoS需求的吞吐量的认知终端，释放其在每帧后半时段所占用的所有子信道的使用 权，并估算经过此步骤后各认知终端的吞吐量；S4.根据各认知终端的业务类型以及QoS需求以及业务完成信息，搜索尚未得到 满足其QoS需求的吞吐量的认知终端，按照第二设定规则为所述尚未得到满足其QoS需求 的吞吐量的认知终端选择作为其中继的认知终端，确定中继传输所使用的子信道，并估算 经过此步骤以后各认知终端的吞吐量；S5.根据各认知终端的业务类型以及QoS需求以及业务完成信息，搜索仍未得到 满足其QoS需求的吞吐量的认知终端，按照第三设定规则，为其潜在中继增派一条用于认 知基站与该潜在中继之间传输的子信道，使得该潜在中继满足步骤S4中的第二设定规则， 并确定该潜在中继为本认知终端的中继，所述潜在中继为与所述认知终端之间至少存在一 条信道容量足以支持该认知终端不足的吞吐量传输的可用子信道的认知终端；S6.搜索在每帧的后半时段尚未被分配的子信道，将其分配给尚未满足QoS需求 的认知终端用于其与认知基站之间的传输，或可使系统有效吞吐量增加最多的认知终端用 于其与认知基站之间的传输，估算经过此步骤以后各认知终端的吞吐量；S7.搜索在每帧的后半时段仍未被分配的子信道，将其分配给尚未满足QoS需求 的认知终端用于其与其它认知终端之间的中继传输，或可使系统有效吞吐量增加最多的认 知终端用于其与其它认知终端之间的中继传输，估算经过这个步骤以后各个认知终端的吞 吐量。其中，在步骤Sl前还包括步骤Si. 1认知基站以及当前有任务正在进行的各认知终端分别确定当前本基站处的 可用频谱以及当前本终端处的可用频谱，并将检测到的频谱可用信息传送至认知信息库；Si. 2所述认知信息库根据认知基站和各认知终端的频谱可用信息，确定可用于认知基站和各认知终端之间直接传输的频谱，以及可用于各认知终端之间中继传输的频谱， 并将可用于认知基站与各认知终端之间以及各认知终端之间传输的频谱告知认知基站以 及各认知终端；Si. 3认知基站对可用于认知基站与各认知终端之间传输的频谱进行信道测量，并 将认知基站与各认知终端之间的可用频谱信道状态信息传送至认知信息库；各认知终端对 可用于本认知终端与其他认知终端之间中继传输的频谱作信道测量，并将测量的本认知终 端与其他各认知终端之间的可用频谱信道状态信息传送至所述认知信息库。其中，在步骤S7之后还包括步骤S8.认知基站的无线资源分配模块将所述资源分配决策发送至位于认知基站以及 各认知终端中的重配置管理模块；S9.所述认知基站以及各认知终端中的重配置管理模块引导并控制各认知终端按 照所述资源分配决策进行重配置并实施传输；S10.传输结束后，各认知终端实时更新终端业务状态模块中的业务类型、QoS需 求、以及业务完成信息，并将更新的信息同步所述认知信息库。其中，在步骤S2中，所述再分配的子信道的原拥有者丧失对该自信道的使用权； 所述第一设定规则为使得所述原拥有者的QoS需求的吞吐量仍可满足，且更改该子信道 分配对系统总吞吐量的减少影响最小。其中，在步骤S4中，被选作中继的认知终端在每一帧的后半段为被其协助的认知 终端提供中继传输，不再从认知基站接收数据；所述第二设定规则为被选作中继的认知 终端在每帧前半时段得到的吞吐量满足其QoS需求的吞吐量，并提供被协助的认知终端不 足的吞吐量的传输的认知终端中；且所述被选作中继的认知终端与被其协助的认知终端之 间至少存在一条信道容量足以支持被其协助的认知终端不足的吞吐量的传输的可用子信 道。其中，在步骤S5中，所述第三设定规则为所述增派的子信道的原拥有者自身QoS 需求的吞吐量仍可满足，且更改该子信道分配对系统总吞吐量的减少影响最小。其中，在步骤S5中，确定作为中继传输所使用的子信道的信道容量足以支持所述 认知终端不足的吞吐量的传输。(三)有益效果本发明的系统及方法以尽可能满足用户的QoS需求并最大化系统有效吞吐量为 目标，更具有实际意义，也更符合用户的体验要求。其基于系统的各种有用认知信息，如用 户业务类型和需求、频谱可用性、信道状况等，做出中继及传输路径选择、频谱分配(即子 信道分配)和传输速率控制等无线资源分配决策，解决了基于中继协作传输的认知无线电 系统中的无线资源分配问题，能够实现尽可能满足用于的QoS需求并最大化系统有效吞吐 量的目标，优化了系统性能，提高了系统频谱利用率。
图1为依照本发明一种实施方式的基于中继协作传输的认知无线电系统结构框 图；图2为依照本发明一种实施方式的基于中继协作传输的认知无线电系统中资源分配方法总流程图；图3为依照本发明一种实施方式的基于中继协作传输的认知无线电系统中资源 分配流程时序图；图4为图2中的无线资源分配决策流程图。
具体实施例方式本发明提出基于中继协作传输的认知无线电系统及其资源分配方法，结合附图及 实施例详细说明如下。如图1所示，依照本发明一种实施方式的基于中继协作传输的认知无线电系统， 该系统包括认知基站、以及若干认知终端。由于在认知无线电系统中，可供使用的频谱范围 是动态变化的，因此要求认知终端具有重构能力，使得认知终端能够动态配置其工作频率 在任意频谱范围，进而实现机会式频谱接入，在不干扰主用户的前提下完成认知系统的传 输，提高频谱利用率。此外，在认知无线电系统中引入中继协作传输以后，无线资源使用模 式可以更加灵活，可以更高效地使用可用频谱资源并完成系统传输任务的目标，可重配置 认知终端有利于实现无线资源的灵活使用。认知终端可以是手机、笔记本电脑、PDA、或任何通信终端。如图1所示，认知终端 11包括终端业务状态模块111，用于实时更新并记录本终端正在进行的业务状态信息，包 括业务类型，QoS需求以及业务完成信息；终端环境认知模块112，用于认知外部环境，主要包括但不仅限于外部无线环境；终端重配置管理模块113，根据无线资源分配模块的分配决策，执行本终端的频率 和工作参数的重配置与管理；认知基站12包括基站环境认知模块121，用于认知外部环境，同样地，主要包括但不仅限于外部无 线环境；认知信息库122，存储所述认知基站以及各认知终端的外部无线环境信息，以及各 认知终端的所述业务状态信息；无线资源分配模块123，根据认知信息库存储的信息周期性进行系统的无线资源 分配决策，并将所述分配决策传送至所述认知基站以及各认知终端；基站重配置管理模块124，根据无线资源分配模块的分配决策执行本基站的频率 和工作参数的重配置与管理。其中，终端环境认知模块包括终端频谱检测单元，用于检测本终端处主用户对频谱的使用状况，得到本终端频 谱可用性信息；终端信道测量单元，用于测量本终端可用频谱的信道状态，获得可用频谱的信道 状态信息。基站环境认知模块包括基站频谱检测单元，用于检测本基站处主用户对频谱的使用状况，得到本基站与 其所覆盖的各认知终端之间的频谱可用性信息；
基站信道测量单元，用于测量本基站与其所覆盖的各认知终端之间可用频谱的信 道状态，获得可用频谱的信道状态信息。在基于上述的中继协作传输的认知无线电系统无线资源分配机制中，系统周期性 的执行无线资源分配流程。在每一次无线资源分配流程中，系统都首先实时的对外部环境 的进行认知，然后将认知基站和各认知终端处的认知信息汇聚到认知信息库，接着无线资 源分配模块将根据系统认知信息库中的认知信息做出资源分配决策，最终该决策结果被发 送到认知基站和各认知终端的重配置管理模块，引导并控制认知基站和认知终端实施重配 置。在组成系统结构的各模块相互配合的基础上，具体的流程如图2所示S201.开始一个新的无线资源分配周期，基于中继协作传输的认知系统无线资源 分配是周期进行的，周期时间长度可变。S202.认知基站通过基站环境认知模块中的基站频谱检测单元检测频谱，确定当 前在本基站处的可用频谱，并将检测到的频谱可用信息传送至认知信息库。S203.认知终端通过终端业务状态模块检测业务状态，若当前有业务正在进行，则 执行步骤204，否则执行步骤215，本终端退出流程。S204.认知终端通过终端环境认知模块中的终端频谱检测单元检测频谱，确定当 前在本终端处的可用频谱。S205.认知终端将认知到的本地频谱可用性信息上报到基站认知信息库。S206.认知信息库根据认知基站和各认知终端频谱可用性信息汇聚结果，确定可 用于认知基站和各认知终端之间直接传输的频谱，以及可用于各认知终端之间中继传输的 频谱，并将可用于认知基站与认知终端以及各认知终端之间传输的频谱告知各有关终端。S207.认知基站通过基站环境认知模块中的基站信道测量单元对可用于认知基站 与各认知终端之间传输的频谱作信道测量，获得可用频谱信道状态信息。S208.认知基站与各认知终端之间的可用频谱信道状态信息传送至认知信息库。S209.认知终端通过终端环境认知模块中的终端信道测量单元对可用于本终端与 其他终端之间中继传输的频谱作信道测量，获得可用频谱信道状态信息。S210.认知终端将本终端与其他各终端之间的可用频谱信道状态信息上报至基站 认知信息库。S211.认知基站中的无线资源分配模块从认知信息库中提取有用信息，包括外部 环境信息以及用户业务信息，外部环境信息包括频谱可用性、可用频谱信道状况，用户业务 信息包括各认知终端的业务类型和QoS需求信息，并根据所提取的外部环境与用户业务信 息作出符合系统优化目标的无线资源分配决策，包括中继及传输路径选择、频谱分配(即 子信道分配)和传输速率控制。S212.认知基站中的无线资源分配模块资源分配决策结果分别发送到位于认知基 站和各认知终端之中的重配置管理模块。S213.认知基站和各认知终端中的重配置管理模块引导与控制认知基站与各认知 终端按照无线资源分配决策结果进行重配置，并实施传输。S214.传输结束，认知终端实时更新终端业务状态模块中的业务状态信息，如业务 是否完成、业务类型、QoS需求，并将此业务状态信息同步到位于认知基站中的认知信息库。S215.本此无线资源分配周期结束，等待下一次无线资源分配周期的开始。
图3进一步表明了整个无线资源分配流程中各步骤的时序以及各功能模块之间 相互作用的关系，其中箭头表示交互信息的流向。为了实现系统优化目标，即在尽可能满足用户业务的QoS需求的前提下最大化系 统有效吞吐量，系统应该高效合理的使用各种无线资源，如可用频谱、中继协作等进行认知 传输。首先，应该确定哪些认知终端可以直接与认知基站进行通信，哪些认知终端需要中继 节点予以协作传输才能获取所需求的服务；其次，应该为需要中继传输的认知终端挑选合 适的某一个或多个其他用户节点作为其中继；再次，应该为认知基站与各个认知终端之间 的传输以及各认知终端之间的中继传输分配适当的频谱资源(在此以子信道为单位进行 划分)；最后，由于中继节点的传输容量是有限的，为了实现中继的高效利用，应该控制中 继与其所协助的认知终端之间的传输速率。这几个方面都是相互关联，并紧密结合在一起 的。因此，应该做联合中继选择、频谱分配与速率控制。如图4所示，依照本发明一种实施方式的上述基于中继传输的认知无线电系统的 资源分配方法(即步骤S211中的无线资源分配决策流程)包括步骤Si.根据认知基站以及各认知终端的频谱可用性信息以及可用频谱信道状态信 息，分别将可用于认知基站与各认知终端之间传输的子信道分配给在此子信道上信道状态 最好的认知终端，并估算经过此步骤以后各认知终端的吞吐量。S2.根据各认知终端的业务类型以及QoS需求信息，搜索尚未得到满足其QoS需求 的吞吐量的认知终端，为其再分配一条额外的、信道容量足以支持其不足的吞吐量传输的 子信道，估算经过这个步骤以后各个用户终端的吞吐量。被更改分配的子信道的原拥有者 则丧失对该子信道的使用权，选择此更改分配的子信道时需遵循更改此子信道的分配不 会使得其原拥有者无法满足QoS需求；更改此子信道的分配使系统总吞吐量的减少尽可能 小。S3.根据各认知终端的业务类型以及QoS需求信息，搜索在每帧(此处帧的概念等 同于LTE等现有通信系统中帧的概念)前半时段即可获得满足其QoS需求的吞吐量的认知 终端，释放其在每帧后半时段所占用的所有子信道的使用权，并估算经过此步骤后各认知 终端的吞吐量。S4.根据各认知终端的业务类型以及QoS需求信息，搜索尚未得到满足其QoS需求 的吞吐量的认知终端，为其选择另外的认知终端作为其中继节点为其提供中继传输。被选 作中继节点的认知终端在每一帧的后半时段为被协助认知终端提供中继传输，不再从认知 基站接收数据。选择中继节点时应遵循被选作中继节点的认知终端在每帧前半时段得到 的吞吐量除满足自身QoS需求外，还足以提供其协助的终端不足的吞吐量；在被选作中继 节点的认知终端与其协助的认知终端之间至少存在一条信道容量足以支持被协助的认知 终端不足的吞吐量传输的可用子信道。为该尚未得到满足QoS需求的吞吐量的认知终端成 功选定中继节点以后，用于中继与该终端之间中继传输的子信道满足信道容量足以支持 该终端不足的吞吐量传输。被选定中继与该认知终端之间在每一帧的后半时段的中继传输 的数据量为该认知终端不足的吞吐量。估算经过这个步骤以后各认知终端的吞吐量。
S5.根据各认知终端的业务类型以及QoS需求信息，搜索仍未得到满足其QoS需求 的吞吐量的认知终端，为其潜在中继分配一条可用于认知基站与该潜在中继之间传输的额 外的子信道，以使该潜在中继满足步骤305中提到的选择中继节点时的条件。在此，该认知终端的潜在中继是指与该认知终端之间至少存在一条信道容量足以支持该认知终端不足 的吞吐量传输的可用子信道的认知终端。为潜在中继增派子信道以后，被改派子信道的原 有者则不再具有该子信道的占用权。选择给潜在中继增派的子信道时需遵循更改此子信 道的分配不会使得其原拥有者无法满足QoS需求；更改此子信道的分配使系统总吞吐量的 减少尽可能小。为该终端的某一个潜在中继成功增派子信道以后，此潜在中继即被选定为 该认知终端的中继。用于中继传输的子信道满足信道容量足以支持该认知终端不足的吞 吐量传输。被选定中继与该认知终端之间在每一帧的后半时段的中继传输的数据量为该认 知终端不足的吞吐量。估算经过这个步骤以后各认知终端的吞吐量。S6.搜索在每一帧的后半时段尚未被分配的子信道，将其分配给认知基站与认知 终端之间的传输，优先将其分配给尚未满足QoS需求的认知终端，或者将其分配给可使系 统有效吞吐量增加最多的认知终端。估算经过这个步骤以后各认知终端的吞吐量。S7.搜索在每一帧的后半时段仍未被分配的子信道，将其分配给认知终端之间的 中继传输，优先将其分配给尚未满足QoS需求的认知终端，或者将其分配给可使系统有效 吞吐量增加最多的认知终端。估算经过这个步骤以后各认知终端的吞吐量。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通 技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有 等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
一种基于中继协作传输的认知无线电系统，该系统包括认知基站、以及若干认知终端，其特征在于，所述认知基站包括基站环境认知模块，用于认知外部环境；认知信息库，用于存储所述认知基站和各认知终端的外部环境信息，以及各认知终端正在进行的业务的状态信息；无线资源分配模块，用于根据所述认知信息库存储的信息周期性进行系统的无线资源分配决策，并将所述分配决策传送至基站重配置管理模块以及各终端重配置管理模块；基站重配置管理模块，根据所述无线资源分配模块的分配决策执行本基站的频率和工作参数的重配置与管理；所述认知终端包括业务状态模块，用于实时更新并记录本终端正在进行的业务的状态信息，该状态信息包括业务类型，QoS需求以及业务完成信息；终端环境认知模块，用于认知外部环境；终端重配置管理模块，用于根据所述无线资源分配模块的分配决策，执行本终端的频率和工作参数的重配置与管理。
2.如权利要求1所述的基于中继协作传输的认知无线电系统，其特征在于，所述基站 环境认知模块包括基站频谱检测单元，用于检测本基站处主用户对频谱的使用状况，得到本基站的频谱 可用性信息；基站信道测量单元，用于测量本基站与其所覆盖的各认知终端之间可用频谱的信道状 态，获得本基站与其所覆盖的各认知终端之间可用频谱的信道状态信息。
3.如权利要求1所述的基于中继协作传输的认知无线电系统，其特征在于，所述终端 环境认知模块包括终端频谱检测单元，用于检测本终端处主用户对频谱的使用状况，得到本终端频谱可 用性信息；终端信道测量单元，用于测量本终端与其他各终端之间可用频谱的信道状态，获得本 终端与其他各终端之间可用频谱的信道状态信息。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的基于中继协作传输的认知无线电系统的资源分 配方法，其特征在于，该方法包括步骤S1.根据认知基站以及各认知终端之间的频谱可用性信息以及可用频谱的信道状态信 息，分别将可用于认知基站与各认知终端之间传输的子信道分配给在此子信道上信道状态 最好的认知终端，并估算经过此步骤以后各认知终端的吞吐量；S2.根据各认知终端的业务类型以及QoS需求信息，搜索尚未得到满足其QoS需求的吞 吐量的认知终端，按照第一设定规则，为其再分配一条信道容量足以支持该认知终端不足 的吞吐量的传输的子信道；S3.根据各认知终端的业务类型以及QoS需求，搜索在每帧前半时段即可获得满足其 QoS需求的吞吐量的认知终端，释放其在每帧后半时段所占用的所有子信道的使用权，并估 算经过此步骤后各认知终端的吞吐量；S4.根据各认知终端的业务类型以及QoS需求以及业务完成信息，搜索尚未得到满足其QoS需求的吞吐量的认知终端，按照第二设定规则为所述尚未得到满足其QoS需求的吞 吐量的认知终端选择作为其中继的认知终端，确定中继传输所使用的子信道，并估算经过 此步骤以后各认知终端的吞吐量；·55.根据各认知终端的业务类型以及QoS需求以及业务完成信息，搜索仍未得到满足 其QoS需求的吞吐量的认知终端，按照第三设定规则，为其潜在中继增派一条用于认知基 站与该潜在中继之间传输的子信道，使得该潜在中继满足步骤S4中的第二设定规则，并确 定该潜在中继为本认知终端的中继，所述潜在中继为与所述认知终端之间至少存在一条信 道容量足以支持该认知终端不足的吞吐量传输的可用子信道的认知终端；·56.搜索在每帧的后半时段尚未被分配的子信道，将其分配给尚未满足QoS需求的认 知终端用于其与认知基站之间的传输，或可使系统有效吞吐量增加最多的认知终端用于其 与认知基站之间的传输，估算经过此步骤以后各认知终端的吞吐量；·57.搜索在每帧的后半时段仍未被分配的子信道，将其分配给尚未满足QoS需求的认 知终端用于其与其它认知终端之间的中继传输，或可使系统有效吞吐量增加最多的认知终 端用于其与其它认知终端之间的中继传输，估算经过这个步骤以后各个认知终端的吞吐 量。
5.如权利要求4所述的基于中继协作传输的认知无线电系统的资源分配方法，其特征 在于，在步骤Sl前还包括步骤Si. 1认知基站以及当前有任务正在进行的各认知终端分别确定当前本基站处的可用 频谱以及当前本终端处的可用频谱，并将检测到的频谱可用信息传送至认知信息库；Si. 2所述认知信息库根据认知基站和各认知终端的频谱可用信息，确定可用于认知基 站和各认知终端之间直接传输的频谱，以及可用于各认知终端之间中继传输的频谱，并将 可用于认知基站与各认知终端之间以及各认知终端之间传输的频谱告知认知基站以及各 认知终端；Si. 3认知基站对可用于认知基站与各认知终端之间传输的频谱进行信道测量，并将认 知基站与各认知终端之间的可用频谱信道状态信息传送至认知信息库；各认知终端对可用 于本认知终端与其他认知终端之间中继传输的频谱作信道测量，并将测量的本认知终端与 其他各认知终端之间的可用频谱信道状态信息传送至所述认知信息库。
6.如权利要求5所述的基于中继协作传输的认知无线电系统的资源分配方法，其特征 在于，在步骤S7之后还包括步骤58.认知基站的无线资源分配模块将所述资源分配决策发送至位于认知基站以及各认 知终端中的重配置管理模块；59.所述认知基站以及各认知终端中的重配置管理模块引导并控制各认知终端按照所 述资源分配决策进行重配置并实施传输；S10.传输结束后，各认知终端实时更新终端业务状态模块中的业务类型、QoS需求、以 及业务完成信息，并将更新的信息同步所述认知信息库。
7.如权利要求6所述的基于中继协作传输的认知无线电系统的资源分配方法，其特征 在于，在步骤S2中，所述再分配的子信道的原拥有者丧失对该自信道的使用权；所述第一 设定规则为使得所述原拥有者的QoS需求的吞吐量仍可满足，且更改该子信道分配对系 统总吞吐量的减少影响最小。
8.如权利要求6所述的基于中继协作传输的认知无线电系统的资源分配方法，其特征 在于，在步骤S4中，被选作中继的认知终端在每一帧的后半段为被其协助的认知终端提供 中继传输，不再从认知基站接收数据；所述第二设定规则为被选作中继的认知终端在每 帧前半时段得到的吞吐量满足其QoS需求的吞吐量，并提供被协助的认知终端不足的吞吐 量的传输的认知终端中；且所述被选作中继的认知终端与被其协助的认知终端之间至少存 在一条信道容量足以支持被其协助的认知终端不足的吞吐量的传输的可用子信道。
9.如权利要求8所述的基于中继协作传输的认知无线电系统的资源分配方法，其特征 在于，在步骤S5中，所述第三设定规则为所述增派的子信道的原拥有者自身QoS需求的吞 吐量仍可满足，且更改该子信道分配对系统总吞吐量的减少影响最小。
10.如权利要求9所述的基于中继协作传输的认知无线电系统的资源分配方法，其特 征在于，在步骤S5中，确定作为中继传输所使用的子信道的信道容量足以支持所述认知终 端不足的吞吐量的传输。
全文摘要
本发明涉及一种基于中继协作传输的认知无线电系统及其资源分配方法，该系统包括认知基站、以及若干认知终端，认知基站包括基站环境认知模块、认知信息库、无线资源分配模块、以及基站重配置管理模块；认知终端包括业务状态模块、终端环境认知模块、以及终端重配置管理模块。本发明的系统及方法以尽可能满足用户的QoS需求并最大化系统有效吞吐量为目标，更具有实际意义，也更符合用户的体验要求。其基于系统的各种有用认知信息做出中继及传输路径选择、频谱分配和传输速率控制等无线资源分配决策，解决了基于中继协作传输的认知无线电系统中的无线资源分配问题，优化了系统性能，提高了系统频谱利用率。
文档编号H04W72/08GK101895991SQ20101022634
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月6日 优先权日2010年7月6日
发明者何春, 冯志勇, 尹鹏, 张奇勋, 张平, 李蓉 申请人:北京邮电大学