一種ofdm時頻資源分配方法
2023-05-28 13:04:06
一種ofdm時頻資源分配方法
【專利摘要】本發明公開了一種OFDM時頻資源分配方法，將可用的時-頻資源從時隙和信道兩個維度劃分為時-頻資源塊的集合，將主用戶的流量在所述時-頻資源塊集合內進行分配，使任意一個時-頻資源塊或完全佔用或完全空閒。通過本發明可以規範化主用戶流量的時-頻資源使用，將主用戶與二級用戶所佔用的時頻資源分開，避免出現二者共享時-頻資源塊的情況，提高了二級用戶對時-頻資源狀態的檢測效率，降低了二級用戶的數據傳輸控制複雜度。
【專利說明】-種OFDM時頻資源分配方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及網絡通信領域，特別涉及一種0FDM時頻資源分配方法。
【背景技術】
[0002] 在CRN網絡中，主用戶（Primary Users，PU)指那些對某段頻譜的使用具有高優先 級或合法授權的用戶，二級用戶（Secondary Users, SU)是指那些低優先級的用戶。SU對 頻譜的使用不得對PU造成幹擾，因此要求其能快速、可靠地感知TO使用授權頻譜的情況。 SU必須具備對現有信道佔用情況的認知能力，因而也稱其為認知用戶（Cognitive Users)， 在網絡結構中則表示為認知節點。
[0003] 認知網絡開放式的頻譜使用策略允許網絡中的SU和授權系統的PU共享相同的頻 段，根據和PU達成的協議以及幹擾約束條件，SU可以在不幹擾PU的前提下，使用那些未被 PU佔用的頻段。從原理來看，認知網絡中的頻譜共享策略主要分為覆蓋式和疊加式。無論 是覆蓋式還是疊加式，其目標都是在不影響PU的前提下，儘可能提高PU與SU的共享程度、 提高頻率資源利用率。針對這一目標，已有各種文獻提出了多種方案。
[0004] S. Huang 等於 2008 年在 The27th Conference On ComputerCommunications (美 國電氣和電子工程師協會計算機通信會議）上發表的"Opportunistic spectrum access in cognitive radio networks"（認知無線網絡中的伺機頻譜接入），提出了基於不同 的感知、退避和傳輸機制的三種頻譜接入方案，並給出了對於次級用戶性能的閉式分析。 Anandkumar等於2010年發表在IEEE INF0C0M(電氣電子工程師協會計算機通信國際會 議）上的"Opportunistic spectrum access with multiple users ：learning under competition"（多用戶的伺機頻譜接入：考慮用戶競爭的學習算法），研究了如何使多個次 級用戶中合作式分配達到總吞吐量最大，並提出了一種學習機制以分布式的方式達到漸進 式最優。但是上述文獻的方法有較強的應用局限。
[0005] Ahmad 等於 2〇〇9 年發表在 Information Theory, IEEE Transactions (美國電 氣和電子工程師協會資訊理論）上的"Optimality of myopic sensing in multichannel opportunistic access,，（多頻道伺機接入中短視感知方法的最優性），證明了在主用戶 是獨立和同等分布下的馬爾科夫過程模型中，當狀態變化與時間正相關時短視感知策略是 最優的。Tekin等於2011年在IEEE INF0C0M(電氣電子工程師協會計算機通信國際會議） 上發表的 "Online learning in opportunistic spectrum access ：A restless bandit approach,(伺機頻譜接入的在線學習機制），構造了一個考慮主用戶頻段時變條件下次級 用戶頻譜接入的在線學習算法。但是上述算法的缺陷在於均採用集中式算法，擁有較高的 運算複雜度以及額外的通信開銷。
[0006] 要達到理想的CRN通信效果，即PU與SU的頻譜共享程度最大化而不又影響PU的 性能，主要挑戰在於SU需要準確和及時地感知PU的忙閒狀態以及對頻譜的佔用情況。現 有技術大多從提高SU感知能力入手，設計各種狀態和頻譜感知算法，以期獲得最高的頻譜 資源利用率。然而，考慮到ro流量的隨機性和突發性（burstiness)，單純依賴SU的感知能 力，很難取得比較好的感知效果。
[0007] 此外，當TO數據分組（packet)的長度變化較大時，單純依靠頻率劃分或單純依靠 時隙劃分的做法不能保證資源的高利用率。需要從時間和頻率兩個維度同時加以考慮，在 時-頻空間中合理分配PU流量，同時為SU選擇合適的空閒時-頻資源塊（Time-frequency block)，以此來解決PU流量在packet層面和bit層面的突發性導致的資源利用率低的問 題，而現有文獻缺少這方面的做法。
【發明內容】
[0008] 為了克服現有技術存在的缺點與不足，本發明提供一種0FDM時頻資源分配方法。
[0009] 本發明採用如下技術方案：
[0010] 一種0FDM時頻資源分配方法，包括如下步驟：
[0011] S1設當前可用的總帶寬為W，根據無線認知網絡的處理能力和主用戶的最小可分 辨流量，按如下公式確定子載波帶寬σ，
[0012]
【權利要求】
1. 一種OFDM時頻資源分配方法，其特徵在於，包括如下步驟： S1設當前可用的總帶寬為W，根據無線認知網絡的處理能力和主用戶的最小可分辨流 量，按如下公式確定子載波帶寬σ，
其中Me為正整數； S2以σ為單位，將總帶寬W劃分為Να個子載波組成的集合A :
其中1為子載波總數；
為floor函數，返回小於W/σ的最大整數；H(ai)為 獲取a i帶寬的函數；Z代表整數集； S3選取集合A中的任意一個子載波作為公共控制信道，用於主用戶傳送控制信息；對 集合A中其餘的心-1條子載波按照子載波帶寬σ的2次方倍進行分組，獲得信道集合B，
其中Me為數據傳輸信道總數；&)」為floor函數，返回小於log2 (W/〇 )的最 大整數；H(i3k)為獲取i3k帶寬的函數； 每一條信道β k包含2k個子載波：
S4設當前可用的時間幀的時長為TF，根據主用戶的數據包長度，按如下公式確定微時 隙時長δ :
其中Me為正整數； S5以δ為單位，將時間幀的時長TF劃分為多個微時隙組成的集合S:
S6選取集合S中的任意1個微時隙作為公共控制時隙，用於主用戶傳送控制信息；對 集合S中其餘的Ντ-1個微時隙按照δ的2次方倍進行分組，獲得時隙集合Φ，
其中Μθ為數據傳輸時隙總數；Ll〇g2(7；_ /叫為fl〇or函數，返回小於l〇g2 (TF/ δ )的最 大整數；Τ( Θ k)為獲取Θ k時長的函數；Ζ代表整數集； 每個時隙Θ m包含2m個微時隙：
S7從隊列中讀取主用戶在t時刻的packet流量R(t)，並將R(t)表示成子載波帶寬σ 的2次方倍數的和：
其中，
為指示函數，由t時刻從隊列中讀取的主用戶流量R(t)決定，其值為Ο 或1 ; S8根據
的值，以packets-per-second為單位，將t時刻讀取的主用戶流量 R(t)分配到信道集B上進行轉發； S9對每一個分配了流量的信道i3k，確定分配到該信道的實際的bps流量，並記為 Rk(t)，將Rk(t)表示成微時隙容量[SH(i3k)]的2次方倍數的和 ：
其中，<ΙΑ(0]為指示函數，由Rk(t)決定，其值為〇或1; S10根據⑴](〇 < Λ//?)的值，以bits-per-second為單位將流量Rk⑴分配到時 隙集Φ上進行轉發； S11二級用戶在信道集合B和時隙集合Φ所構成的二維平面上，以β k為縱坐標，以 θπ*橫坐標，尋找當前狀態為空閒的時隙-信道塊（θπ，β,)，用於傳送數據。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述S8中，具體分配方法如下： S8-1，初始狀態下，
並將當前待分配流量記
為Ve，且令Ve = S8-2,如果 ，則從Ve中分配2k σ的流量給信道β k，並更新Ve為 (Ve-2k〇)，如果
則執行S8-3; S8-3,如果k>0,則更新k為（k-Ι)，返回S8-2 ;否則，將Ve的剩餘流量分配給信道 分配過程結束。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述S10中，具體分配方法如下： S10-1，初始狀態下，令m = Me-l，其中.W,, /刃」，並將當前待分配流量記為 Ve，且令 Ve = Rk(t); S10-2,如果⑴]=1，則從νθ中分配2mSH(i3k)的流量給時隙θ π，並更新νθ為 [V e -2m δ Η ( β k)]，如果/,；；[/?,.⑴]=0，則執行 S10-3 ; S10-3,如果m>0,則更新m為（m-1)，返回S10-2;否則，將Ve的剩餘流量分配給時隙 Θ。，分配過程結束。
4. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述S3中每條信道^^所包含的任意兩 個子載波α (i)，a (i+1)為相鄰頻段或是不相鄰頻段。
5. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於：所述S11中檢測時隙-信道塊（θπ，β,) 的狀態時，無需逐一檢測所有2 m+k個微時隙-子載波塊的狀態，而僅需檢測其中一個微時 隙-子載波塊
，其狀態等同於所屬時隙-信道塊（θ m，β k)的狀態。
6. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於：所述S1中的子載波帶寬〇是在認知無 線網絡處理能力允許的最優值。
7. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於：所述S4中的微時隙時長δ是在認知無 線網絡處理能力允許的最優值。
8. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述SI 1中，當二級用戶數目多於一個，需 設立一個訪問代理負責完成信道狀態檢測，並協調多個二級用戶的資源請求；所述訪問代 理是專職代理，或選擇一個二級用戶節點兼任。
【文檔編號】H04L5/00GK104144046SQ201410352631
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月23日 優先權日:2014年7月23日
【發明者】黃松, 鄭心煒 申請人:華南理工大學