一种认知无线电目标信道序列设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及目标信道序列设计方法特别设及一种认知无线电目标信道序列设计 方法。
【背景技术】
[0002] 在认知无线电通信系统中，认知用户通过频谱检测获取授权信道信息，从而使用 处于空闲状态的信道。但是，当授权用户出现时，认知用户需要毫无条件的退出该信道，此 时将发生信道的切换，即频谱切换。目前，在认知无线电研究领域中，频谱切换主要分为= 种方式：主动式频谱切换，被动式频谱切换，混合式频谱切换。主动式频谱切换是指认知用 户在发生频谱切换时无需进行频谱检测，而是根据目标信道序列依次接入信道，从而提高 频谱切换性能，保证认知用户的通信质量。在已有的目标信道序列设计方案中，主要考虑认 知用户的有效速率和切换时延，并没有能量效率从而浪费能量，即单位比特数据所消耗的 能量值。然而随着无线设备的智能化和小型化，能量有效性参数越来越重要。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是为了解决了认知无线电中认知用户主动式频谱切换时目标信道 序列设计中没有能量效率的问题，而提出的一种认知无线电目标信道序列设计方法。
[0004] 上述的发明目的是通过W下技术方案实现的：
[000引步骤一、假设认知无线电系统为时隙系统，在给定虚警概率巧检测概率 的条件下，信道k满足条件的最小感知时间Tmh(k)表示如下：
[0006]
【主权项】
1. 一种认知无线电目标信道序列设计方法，其特征在于一种认知无线电目标信道序列 设计方法具体是按照以下步骤进行的： 步骤一、假设认知无线电系统为时隙系统，在给定虚警概率和检测概率的条 件下，信道k满足条件的最小感知时间kdk)表示如下：
其中，CTH ·)为函数
的逆函数；Yk为认知用户接收端所接收 信号的信噪比；4为认知用户抽样频率；X为高斯分布中与均值的距离；X为函数自变量，e 为指数基底，t为积分变量； 步骤二、假设认知无线电系统中存在N条信道即信道集合表示为={1，2,，N}，每个认 知用户在认知无线电系统中都有固定的初始信道；选取认知无线电系统中任意认知用户 Θ为研宄对象；认知用户Θ经历i次中断后的目标信道为Cf N，则：
其中，E [d((V1, Ci)]表示认知用户经历i次中断所产生的时延期望；表示认 知用户在(V1= c i情况下目标信道c i上等待的时间期望；]分别表示认知用户在 c i情况下目标信道c i上等待的时间期望；t s表示认知用户频谱切换的时长； 步骤三、：根据强占式续传优先权M/G/1排队理论将]和E|747;v ]推导出如下结 论：
其中，L为认知用户能够承受的最多中断次数；'表示未经历中断的认知用户在信道 Ci上的到达率；表示未经历中断的认知用户在信道(U：的服务时长分布；#表示授 权用户在信道(^上的到达率；^；表示授权用户在信道Ci上的服务时长分布；分别表 示经历i次中断的认知用户在信道Ci上的到达率；分别表示经历i次中断的认知用户 在信道Ci上的服务时长分布； 步骤四、根据步骤一中最小感知时间TminGO计算公式得到Tmin(Ci),在此基础上计算 认知用户经历i次中断后总的吞吐量E [Ri]; 步骤五、根据步骤一得到的Tmin(k)以及步骤三得到的计算认知用户在目标 信道(^上频谱检测的能量消耗、数据传输的能量消耗./$;和认知用户从目标信道(V1 切换到Ci所造成的能量损耗J 1()SS (Cp1, Ci) 步骤六、根据E [Ri]、:以及Jltjss ((V1, Ci)推导出关于能效最优问题Cf(Ctl)，表 示如下：
其中，C(Ctl) = (C(l，Cl，c2，…，cj表示初始信道为Ctl的一个目标信道序列； e(i+1)XX表 示所有可能的目标信道序列空间，PHl = i}为认知用户在整个数据传输过程发生i次频 谱切换的概率，i = 1，2, 3. ..，L ;即完成了一种认知无线电目标信道序列设计方法。
2. 根据权利要求1所述一种认知无线电目标信道序列设计方法，其特征在于：步骤一 中给定虚警概率和检测概率具体为： 采用能量感知算法，设4 = 〇表示信道k检测结果为空闲，4 = 1表示信道k检测结果 为繁忙，因此信道k的虚警概率Ptk和检测概率P 表示为：
3. 根据权利要求1所述一种认知无线电目标信道序列设计方法，其特征在于：步骤二 中认知无线电系统中存在N条信道的每条信道中有高优先级和低优先级两种队列，授权用 户进入高优先级队列，认知用户进入低优先级队列，相同优先级队列中的用户遵守先到先 服务原则。
4. 根据权利要求1所述一种认知无线电目标信道序列设计方法，其特征在于：步骤四 中根据步骤一中最小感知时间Tmin(k)计算公式得到T min(Ci)，在此基础上计算认知用户 经历i次中断后总的吞吐量E [Ri]的具体过程为：
其中，SMTi为目标信道^上认知用户接收端信号信噪比汀为每个时隙的长度，* 一固定值；Γ = -In (1.5BER)/1.5表示频谱间隙；BER为误码率；特别地，在初始信道上 = EpU，C(1为认知用户Θ的初始信道；B为每个信道的带宽； (2)根据E [r(Cj)]计算认知用户经历i次中断后总的吞吐量为：
5.根据权利要求1所述一种认知无线电目标信道序列设计方法，其特征在于：步骤五 中根据步骤一得到的Tmin(k)以及步骤三得到的计算认知用户在目标信道Ci上频 谱检测的能量消耗、数据传输的能量消耗:和认知用户从目标信道(V1切换到c i所造 成的能量损耗Jltjss (Ch，Ci)的具体过程为： ⑴计算认知用户从目标信道Ch切换到c澌造成的能量损耗J 1()SS (Ch，Ci)，如下：
其中，Pha为认知用户进行频谱切换时的切换功率；P id为认知用户处于等待状态的待机 功率； (2) 在目标信道Ci上的发射功率用Pta来表示，则用于数据传输的能量消耗为# :
(3) 设PJ%认知用户的检测功率，《72为认知用户在目标信道Ci上频谱检测的能量消 耗，表不如下：
【专利摘要】一种认知无线电目标信道序列设计方法，本发明涉及认知无线电目标信道序列设计方法。本发明是要解决认知无线电中认知用户主动式频谱切换时目标信道序列设计中没有能量效率的问题，而提出的一种认知无线电目标信道序列设计方法。该方法是通过1、表示最小感知时间τmin(k)；2、得到认知用户在ci-1＝ci和ci-1≠ci时间期望；3、将和进行推导；4、计算认知用户经历i次中断后总的吞吐量Ε[Ri]；5、计算认知用户在目标信道ci上的和Jloss(ci-1,ci)6、推导出关于能效最优问题C*(c0)等步骤实现的。本发明应用于认知无线电目标信道序列设计领域。
【IPC分类】H04W16-18, H04W72-14
【公开号】CN104768231
【申请号】CN201510194216
【发明人】马琳, 杨小龙, 谭学治, 何晨光
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月22日