专利名称：认知无线网络中跨层资源分配和分组调度的方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及认知无线网络中跨层资源分配和分组调度的方法。
背景技术：
第三代移动通信系统(3G，The 3rd Generation)始于20世纪90年代中后期，3G 系统的主要特征是提供更多的业务种类、前后向兼容性较好、全球无缝漫游、容量较大、高数据速率，高频谱利用率。其中，TD-SCDMA技术是中国独立制定的3G标准，TD-SCDMA技术具有系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强等优点。TD-SCDMA技术同时运用了很多关键技术来支持其功能的实现。例如智能天线技术、多用户检测技术、功率控制技术、动态信道分配、多载波技术、软件无线电技术。3G系统相比2G虽然有很大的改进，但由于用户对多媒体业务以及高速率数据通信业务的旺盛需求和3G技术的自身局限性，导致3G系统仍然不能够满足用户不断增长的需求。移动通信系统仍然需要对数据传输速率、前后兼容性、频谱利用率、抗干扰性、传输质量、容量、系统部署灵活性等方面做较大的提高。近年来，认知无线网络技术受到了业界和学术界的广泛关注和研究，被认为是下一代移动通信系统中应该具备的关键技术随着无线通信业务需求的快速增长，无线频谱资源变得日益紧张。然而，现有的无线通信系统所采用的固定频谱分配机制(即把频谱分配给固定的授权用户或固定的业务)却使得频谱资源在时间和空间上不同程度地被闲置。 为提高频谱利用率，解决频谱资源短缺，研究人员提出认知无线网络技术，认知无线网络是一个智能无线通信系统，它通过智能感知无线频谱环境，自动搜寻闲置频谱，并采用一定的学习和决策算法来适应地调整发射功率、载波频率、编码策略等参数，进而提高频谱利用率。如
图1所示，典型的认知无线网络是一个分层结构，其网络通信系统包括核心网 1000、接入网2000、用户设备3000、外部网络4000。其中用户设备3000包括若干个主用户设备3100、若干个次用户设备3200 ；接入网2000包括一个或多个无线网络子系统，每个无线网络子系统，包括一个或多个主用户基站2100，一个或多个次用户基站2200，一个或多个感知节点2300。该认知无线网络在接入网2000处对外通过主用户基站2100接入核心网 1000，从而实现与外部网络4000通信；在接入网2000内部主要由认知无线基站2200、感知节点2300、主用户设备3100、次用户设备3200四部分构成，其中，主用户即授权用户，对无线环境中的频段拥有优先使用权。感知节点2300即大量部署在认知无线网络中的具有感知空闲频谱能力的传感器，它通过数据采集模块获取周围无线环境中的空闲频谱及信道质量等信息，并定期将该信息传送给基站。认知无线网络基站汇集感知节点传来的信息，将未被主用户占用的空闲频谱汇聚到一个频谱池，根据速率需求和信道状况进行动态调制，并分配给次用户使用。次用户即为非授权用户，次用户通过基站提供的资源分配信息动态改变使用的频谱，避免对主用户的通信造成干扰。基站收集感知节点传回的关于空闲频谱和信道状况的信息，并根据每个次用户的具体速率需求，统一对认知无线网络中的资源进行
配置和管理。认知无线网络的资源分配方法是认知无线网络技术研究中的一个关键问题。由于认知无线网络由大量的高密度分布的基站、感知节点和用户构成，资源分配需要充分考虑空闲载波数量、用户的速率需求、信道质量、误码率限制与发射功率等参数。但是随用户数量和子载波数量的增加，认知无线网络资源分配问题复杂度呈指数级增长，使得传统的资源分配方法无法满足多用户认知无线网络的需求。而且，由于认知无线网络的特点，其网络设备的功率、误码率以及计算复杂度受到限制，低于普通无线网络，在这种情况下，当前的无线网络资源分配方法无法保证认知无线网络的传输质量和网络性能，也难以提高网络的容量和传输速率。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明针对认知无线网络中的资源分配方式的整体优化问题，同时在功率有限、 分布式控制的条件下完成对多个目标用户的资源分配和调度任务，保证了认知无线网络的传输质量和网络性能，提高了网络的容量和传输速率。( 二 )技术方案本发明适用于分层结构的无线认知网络中，提出了认知无线网络中跨层资源分配和分组调度方法。具体地，本发明的方法包括步骤Si，感知节点通过数据采集模块获取小区中的子载波、时隙信息；并将这些信息定时传送给认知无线基站；S2，根据每个次用户业务的具体情况，在用户的最小速率需求和认知无线基站的发射功率上限的限定下，统一进行迭代决策运算，并输出相应的调度决策信息；S3，将调度决策信息发送给数据缓冲池，进行多用户分组数据的服务顺序的确定；S4，在确定完多用户分组数据的服务顺序后，将每个用户待发送数据经过信道编码和交织，根据所述调度决策信息中包含的子载波分配决策信息，将用户数据分配到待发送帧中未被主用户占用的空闲时隙的空闲子载波上；S5，系统中相邻的几个子载波组成资源块，根据所述调度决策信息中包含的功率及比特分配决策信息，对每个资源块进行相应阶数星座图的调制，完成本次跨层资源分配和分组调度。优选地，步骤S2中，所述每个次用户业务的具体情况包括每个次用户业务的优先级；等待分配频谱的次用户组成的缓冲池中的队列长度、分组超时情况。优选地，设置一个循环周期，每隔一定的时间周期性地循环执行所述步骤S1-S5。优选地，步骤S2中，在进行迭代决策运算之前，先随机地生成多个初始资源分配和分组调度方案集合Po，并生成适应度函数。优选地，步骤S2中，所述迭代决策运算的每次迭代运算过程为S201，将经过η次与η_1次迭代后形成的资源分配和分组调度方案集合Pn与Plri 进行相加，得到集合Dn;
S202，将集合Dn中的元素进行随机配对，将每一对中两个分配方案的参数部分交换，得到集合Dn'；S203，集合Dn'与Plri相加得到集合Dn"，分别求出集合Dn"中的每个分配方案的适应度函数值，从Dn"中选取适应度函数值较大的前若干个分配方案形成本次迭代运算的结果集合P η+1 ο优选地，对于有M个由多个子载波构成的子信道、每帧中有J个可用的通信时隙、 K个等待资源分配和分组调度的次用户、最高符号速率为T bits/symbol的认知无线系统， 资源分配和分组调度方案集合中的每个方案的矩阵表示为
权利要求
1.一种认知无线网络中跨层资源分配和分组调度的方法，其特征在于，该方法包括步骤Si，感知节点通过数据采集模块获取小区中的子载波、时隙信息；并将这些信息定时传送给认知无线基站；S2，根据每个次用户业务的具体情况，在用户的最小速率需求和认知无线基站的发射功率上限的限定下，统一进行迭代决策运算，并输出相应的调度决策信息；S3，将调度决策信息发送给数据缓冲池，进行多用户分组数据的服务顺序的确定； S4，在确定完多用户分组数据的服务顺序后，将每个用户待发送数据经过信道编码和交织，根据所述调度决策信息中包含的子载波分配决策信息，将用户数据分配到待发送帧中未被主用户占用的空闲时隙的空闲子载波上；S5，系统中相邻的几个子载波组成资源块，根据所述调度决策信息中包含的功率及比特分配决策信息，对每个资源块进行相应阶数星座图的调制，完成本次跨层资源分配和分组调度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述每个次用户业务的具体情况包括每个次用户业务的优先级；等待分配频谱的次用户组成的缓冲池中的队列长度、 分组超时情况。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设置一个循环周期，每隔一定的时间周期性地循环执行所述步骤S1-S5。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，在进行迭代决策运算之前，先随机地生成多个初始资源分配和分组调度方案集合Ptl,并生成适应度函数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述迭代决策运算的每次迭代运算过程为S201，将经过η次与η-1次迭代后形成的资源分配和分组调度方案集合Pn与Plri进行相加，得到集合Dn;S202，将集合Dn中的元素进行随机配对，将每一对中两个分配方案的参数部分交换，得到集合Dn'；S203，集合Dn'与Plri相加得到集合Dn"，分别求出集合Dn"中的每个分配方案的适应度函数值，从Dn"中选取适应度函数值较大的前若干个分配方案形成本次迭代运算的结果
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，对于有M个由多个子载波构成的子信道、每帧中有J个可用的通信时隙、K个等待资源分配和分组调度的次用户、最高符号速率为T bits/symbol的认知无线系统，资源分配和分组调度方案集合中的每个方案的矩阵表示为
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述适应性函数为
全文摘要
本发明涉及无线通信技术领域，提出一种认知无线网络中跨层资源分配和分组调度的方法，该方法综合考虑了认知无线网络中的每个用户业务的优先级；等待分配频谱的次用户组成的缓冲池中的队列长度、分组超时情况；用户的最小速率需求；认知无线基站的发射功率上限等信息，依据改进的CHCRM算法统一对用户子载波分配、动态调制方式、多用户分组数据的服务顺序、功率及比特分配等MAC层和物理层的参数进行跨层配置，以实现对认知无线网络的跨层整体优化。降低了系统的平均时延，减小了系统丢包率。
文档编号H04W72/12GK102316594SQ201110286908
公开日2012年1月11日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者俎云霄, 周杰, 曾畅昶, 毛识博, 王玉亭 申请人:北京邮电大学