一種認知無線電通信盟的結盟方法
2023-05-15 00:34:11 3
專利名稱：一種認知無線電通信盟的結盟方法
技術領域：
本發明涉及一種認知無線電通信盟的結盟方法，屬於認知無線電技術領域。
背景技術：
隨著社會的不斷發展和科技的日新月異以及物聯網的飛速普及，無線頻譜資源卻越來越緊張。在這種背景下，認知無線電(Cognitive Radio, CR)技術應運而生，CR技術通過在時間和空間上充分利用空閒的頻譜資源，從而可以有效的緩解或解決上述頻譜資源緊張的情況。認知無線電又被稱為智能無線電，它以靈活、智能、可重配置為顯著特徵，通過感知外界環境，並使用人工智慧技術從環境中學習，有目的地實時改變某些操作參數(比如傳輸功率、載波頻率和調製技術等)，使其內部狀態適應接收到的無線信號的統計變化，從而實現任何時間、任何地點的高可靠通信以及對異構網絡環境有限的無線頻譜資源進行高效地利用。認知無線電的核心思想就是通過頻譜感知(Spectrum Sensing)和系統的智能學習能力，實現動態頻譜分配(DSA dynamic spectrum allocation)和頻譜共享(Spectrum Sharing)。認知無線電對無線電靈活的頻譜池提供一種機制，這種方法能擴展通常應用的可用帶寬。認知無線電概念的出現推進了智能無線電技術在個人移動通信領域的發展。在目前對通信結盟很少量的研究中，大部分是主要依據認知次用戶之間的遠近來作為判斷是否可以建盟的原則，優先將距離較近的認知次用戶納入一個盟內，認知次用戶距離較遠的往往不會考慮加入一個盟中。但是我們卻發現，基於距離的認知次用戶建盟沒有考慮認知次用戶在這段距離的信道上傳輸的效率，比如一個認知次用戶A距離認知次用戶B較C近些，A和B通過結盟準則判斷後結成聯盟，而沒有和C建立聯盟，但實際情況有可能是A和B間的信道沒有A和C間的信道的傳輸效率高(傳輸信道增益大)。為此，大部分現有的研究成果是通過獲取描述該信道合適的模型(如Hata模型或okumuma模型等) 以及相應的參數來計算信道傳輸損耗進而確定是否結盟，這雖然能部分解決上述問題，但是卻增加了信道模型不匹配而引起的誤差和算法的複雜度，這在對時間複雜度有較高要求的通信結盟來說無疑是一大弊端。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對當前固定頻譜分配帶來的頻譜資源緊缺的矛盾，提供一種認知無線電通信盟的結盟方法，優化了系統的信令開銷，使得認知節點可以使用較少的功率直接和盟主交互信令而不需每次都與基站進行信令交互。通過建立用戶業務觸發的機制，系統的吞吐量得到了進一步的提升。本發明為解決上述技術問題採用如下技術方案一種認知無線電通信盟的結盟方法，包括以下步驟步驟A，以某一基站系統為中心點，獲取滿足下列結盟條件的認知次用戶
①認知次用戶發來的RSSI的均值_滿足|RSSi- .RSSIiI^;②認知次用戶發來的RSSI的波動方差σ 2在基站系統允許的範圍內；其中，^^為系統根據接收信號強度指示均值的最小值自適應選定的通
信結盟的結盟範圍大小參數，ε為系統允許誤差的閾值，η = 2k，k為正整數；步驟B，設η取不同的數值時滿足條件的認知次用戶的集合為Μη，對於每次η的不同取值在Mn中選擇建立6η個通信盟，每個通信盟由基站初始化指定一個盟主，盟主的選擇依照以下兩種情況進行Β-1，根據每次η的不同取值在集合Mn中，能夠找到6η個滿足下列極坐標條件的認知次用戶，則將這6η個認知次用戶作為該基站通信範圍內的各個通信盟的盟主；所述極坐標條件為
-hyiTT
R= CnRSSlL,--) (n = 2k，m < 3η，η < N)；其中，η、k、m、N 均為正整數； 3n則具體的盟主的找尋過程為B-1-1，任意選定集合M中的-
-個認知次用戶A ；認知次用戶A再選擇接收到的能量檢測值約為的認知次用戶B，此時當有多個認知次用戶符合此條件，則選擇最接近基站系統值ε要求的認知次用戶作為認知次用戶B;Β-1-2,認知次用戶B再選擇接收到的能量檢測值為的認知次用戶C，當有多個認知次用戶符合此條件，則選擇最接近基站系統值ε要求的認知次用戶作為認知次用戶C;Β-1-3，重複上述步驟Β-1-1至Β-1-2，直至找到6η個認知次用戶；Β-1-4，在上述極坐標R的位置附近沒有對應的節點，則降低對認知次用戶達到門限值的要求以獲得周圍更多的可選節點；這樣依然沒有找到可選節點則停止在該
節點附件的找尋，進入步驟Β-2; Β-2，根據每次η的不同取值在集合Mn中，不能夠找到6η個認知次用戶，則選擇找到的所有認知次用戶節點暫時作為各個通信盟的盟主，當兩個盟主之間的_值小於系統通訊要求，則取消其中任意一個認知次用戶作為盟主的權利，具體的操作指令由基站端負責決策發出；步驟C，各盟盟主選擇本盟的盟內成員各盟盟主分別按照以下條件尋找滿足結盟條件的認知次用戶，所述結盟條件為③認知次用戶發來的RSSI的均值_滿足口④認知次用戶發來的RSSI的波動方差σ 2在基站系統允許的範圍內。進一步的，本發明的一種認知無線電通信盟的結盟方法，加入通信盟的認知次用戶RSSI均值的下限的計算方法為 RSSImm =
1
24576
Q1
!"λΑ3^
2
1-
(K-I)N0Ba2 其中PKmax為K元QAM通信業務容忍的最大錯誤概率，N0為單邊帶環境熱噪聲功率譜密度，B為傳輸信號帶寬(Hz)，汗2為平均信道噪聲功率，Q代表Q函數表。
5
本發明採用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果1、本發明將GSM的蜂窩式網絡架構經過變換後引入到設計中，提出了基於RSSI能量值檢測的類蜂窩式拓撲結構，它不同於傳統的以地理位置範圍作為蜂窩大小選擇原則的構架，它是將RSSI能量值的大小作為蜂窩大小的主要判斷依據，解決目前基於距離結盟所產生的不足，而且，獲取RSSI值不需要增加較大的計算量和額外的硬體，應用成本較低。2、在本發明中，認知節點通過結盟設立一級基站管理、二級盟主管理的分層管理模式，優化了系統的信令開銷，使得認知節點可以使用較少的功率直接和盟主交互信令而不需次次與基站進行信令交互。通過建立用戶業務觸發的機制，系統的吞吐量得到了進一步的提升。
圖1是認知網絡用戶結盟場景拓撲示意圖。圖2是本發明通信盟結盟過程的流程圖。圖3是認知次用戶分別在不結盟、只結盟情況下系統吞吐量隨時間的變化圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明如圖1所示，在通信結盟的拓撲結構方案設計中，本發明將GSM的蜂窩式網絡架構經過變換後引入到設計方案中，提出了基於RSSI (Received Signal Strength hdication，接收信號強度指示)能量值檢測的類蜂窩式拓撲結構，它不同於傳統的以地理位置範圍作為蜂窩大小選擇原則的構架，而是將RSSI能量值的大小作為蜂窩大小的主要結盟判斷依據。這個準則可以解決目前基於距離結盟所產生的不足，而且，獲取RSSI值不需要增加較大的計算量和額外的硬體，應用成本較低。RSSI是基站(BS)或者盟主側的指標。本發明選擇4QAM0Quadrature Amplitude Modulation，二進位正交振幅調製)作為認知次用戶間通信的信道編碼方式。K元QAM的錯誤概率為
權利要求
1.一種認知無線電通信盟的結盟方法，其特徵在於包括以下步驟步驟A，以某一基站系統為中心點，獲取滿足下列結盟條件的認知次用戶①認知次用戶發來的RSSI的均值_滿足②認知次用戶發來的RSSI的波動方差Q2在基站系統允許的範圍內；其中，—,為系統根據接收信號強度指示均值的最小值自適應選定的通信結盟的結盟範圍大小參數，ε為系統允許誤差的閾值，η = 2k，k為正整數；步驟B，設η取不同的數值時滿足條件的認知次用戶的集合為Μη，對於每次η的不同取值在Mn中選擇建立6η個通信盟，每個通信盟由基站初始化指定一個盟主，盟主的選擇依照以下兩種情況進行B-I，根據每次η的不同取值在集合Mn中，能夠找到6η個滿足下列極坐標條件的認知次用戶，則將這6η個認知次用戶作為該基站通信範圍內的各個通信盟的盟主；所述極坐標條件為-hyiTTR= CnRSSlL,--) (n = 2k，m < 3η，η < N)；其中，η、k、m、N 均為正整數； 3n則具體的盟主的找尋過程為B-1-1，任意選定集合M中的一個認知次用戶A ；認知次用戶A再選擇接收到的能量檢測值約為的認知次用戶B，此時當有多個認知次用戶符合此條件，則選擇最接近基站系統值ε要求的認知次用戶作為認知次用戶B;Β-1-2,認知次用戶B再選擇接收到的能量檢測值為的認知次用戶C，當有多個認知次用戶符合此條件，則選擇最接近基站系統值ε要求的認知次用戶作為認知次用戶C;Β-1-3，重複上述步驟Β-1-1至Β-1-2，直至找到6η個認知次用戶；Β-1-4，在上述極坐標R的位置附近沒有對應的節點時，則降低對認知次用戶達到門限值的要求以獲得周圍更多的可選節點；這樣依然沒有找到可選節點則停止在該節點附件的找尋，進入步驟Β-2;Β-2，根據每次η的不同取值在集合Mn中，不能夠找到6η個認知次用戶，則選擇找到的所有認知次用戶節點暫時作為各個通信盟的盟主，當兩個盟主之間的^ 值小於系統通訊要求，則取消其中任意一個認知次用戶作為盟主的權利，具體的操作指令由基站端負責決策發出；步驟C，各盟盟主選擇本盟的盟內成員各盟盟主分別按照以下條件尋找滿足結盟條件的認知次用戶，所述結盟條件為③認知次用戶發來的RSSI的均值_滿足口④認知次用戶發來的RSSI的波動方差σ2在基站系統允許的範圍內。
2.根據權利要求1所述的一種認知無線電通信盟的結盟方法，其特徵在於所述加入通信盟的認知次用戶RSSI均值的下限的計算方法為
全文摘要
本發明公開了一種認知無線電通信盟的結盟方法，本發明首先通過引入聯盟博弈的思想提出了一種基於RSSI類蜂窩式拓撲結構的通信盟模型的建立方法，並將最大化系統的吞吐量作為通信盟模型的求解目標；認知節點通過結盟設立一級基站管理、二級盟主管理的分層管理模式，優化了系統的信令開銷，使得認知節點可以使用較少的功率直接和盟主交互信令而不需每次都與基站進行信令交互。通過建立用戶業務觸發的機制，系統的吞吐量得到了進一步的提升。
文檔編號H04W24/02GK102438245SQ201110260988
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月6日 優先權日2011年9月6日
發明者崔龍, 楊震, 田峰 申請人:南京郵電大學