CN101527915B - 异构网络中的频带动态选择和时间调度方法 - Google Patents

Abstract

异构网络中的频带动态选择和时间调度方法涉及一种在基于认知技术的异构网络系统中在多个主系统频带中动态选择可用频率资源的方法和设备，更具体地讲，涉及一种用于机会频谱接入和频率资源有效利用、兼顾异构网络资源融合和用户业务服务质量(QoS)保证的方法和设备。频带动态选择方法如下：首先，针对不同的主系统特性，定义认知基站CBS附件各个主系统的平均主系统用户检测门限，该门限是现有的检测门限在无线网络传播环境中的平均值，其次，根据以上的平均主系统用户检测门限以及次系统用户的吞吐量需求，定义CBS对各个主系统扫描的有效时间，再次，CBS根据次用户的请求从可用频带列表中选择最佳的主系统频带，选择最佳频带的依据是该频带信道的无线传播特性和信道状态，根据用户预定设备CPE传输吞吐量的中断。

Description

异构网络中的频带动态选择和时间调度方法

技术领域

本发明通常涉及一种在基于认知技术的异构网络系统中在多个主系统频带中动态选择可用频率资源的方法和设备，更具体地讲，涉及一种用于机会频谱接入和频率资源有效利用、兼顾异构网络资源融合和用户业务服务质量(QoS)保证的方法和设备。

背景技术

通信技术的迅猛发展以及层出不穷的无线通信系统为用户提供了异构的网络环境，包括无线个域网、无线局域网、无线城域网、卫星网、Ad Hoc网以及无线传感器网络等。为用户提供了多种多样的通信方式、接入手段和无所不在的接入服务。实现真正意义的自组织、自适应，并实现具有QoS保证的服务，还需要充分利用不同网络间的互补，实现异构无线网络技术的有机融合。在异构网络融合架构下，任何用户在任何时间任何地点都能获得具有服务质量(QoS)保证的服务，同时提高网络的覆盖范围和通信容量。为实现这样的功能和网络，关键和基础性的问题之一是实现对无线网络资源，尤其是频率资源的高效利用和动态管理。

作为这个问题的解决方案，首先产生了认知技术，认知无线电(CR)被认为是实现频谱有效利用的理想手段，被允许应用于下一代无线通信技术和系统中。同样认知技术也可以有效地感知网络资源，使其被合理利用和有效管理。本发明所研究的异构网络环境，正是一个基于认知技术的无线通信系统。包括具有认知功能的节点或称为认知基站(CBS)，以及与CBS通信的终端，即用户预定设备(CPE)。

图1示出了异构网络环境中的一个单用户可动态选择不同主系统频带和服务的案例。参照图1，主基站(PBC)101、PBS102和PBS103为异构环境中支持不同业务或网络类型的主系统基站。感知基站CBS110支持单点对多点的通信，并管理希望接收CBS服务的CPE111。CBS110可以分别与PBS101、PBS102或PBS103在相同的频带运行，但它们并不知道彼此的存在，即CBS110可以在三个不同的频带上分别与PBS101、PBS102、PBS103频率共享。CPE111与CBS110在其中一个频带上通信时，当CPE111从CBS110接收下行链路数据时，可能受到来自PBS101、PBS102或PBS103的下行链路信号的影响。此外，CPE111指向CBS110的上行链路数据也可能干扰PBS101、PBS102或PBS103的通信。在此异构网络环境下，如果CBS所选择频带处于异常状态，就会造成对其中某个PBS的干扰，不仅不能实现频率资源的共享或共存，而且会使通过CBS服务的CPE不能通信，达不到异构融合的目的。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于认知的异构网络中频带的动态选择方法和时间调度方法，至少基本上解决上述问题和/或缺点，并至少提供下面的优点。因此，本发明提供一种基于认知技术的异构网络系统，兼顾异构网络资源融合和用户业务服务质量(QoS)保证的在多个主系统频带中动态选择可用频率资源的方法和设备。

技术方案：本发明提供一种认知节点或基站能够识别临近主系统的存在/空闲，并基于所述认知动态选择频带的方法和设备。

首先，这里定义的术语定义如下：

γ：信道信号噪声比CSNR(channel-signal-to-noise ratio)

γ_j：第j个信道信号噪声比门限

τ_opt：最优检测时间，CBS用于检测主系统的有效检测时间的最优值

f_γ(γ)：衰落信道的信道信号噪声比CSNR的概率密度函数

γ：衰落信道的平均信道信号噪声比

γ_th：信道信号噪声比门限

γ_th1：认知基站CBS各个主系统的平均主系统用户检测门限

γ_th2：在给定中断概率下保证用户业务最大传输速率的平均信道信号噪声比门限

m：系统的时间带宽积

τ：衰落信道的信道信号噪声比的平均衰落持续时间

P_d：对主系统检测的检测概率

P_d：对主系统检测的期望检测概率

P_f：对主系统检测的虚警概率

P_f：对主系统检测的期望虚警概率

C：次系统用户的理论吞吐量

R：次系统用户的可达到吞吐量

ε：次系统用户传输的目标中断概率

T：一个帧长的传输时间，单位秒

τ：一帧内的检测时间，单位秒

τ₄₀₂：一帧内业务传输的保守时间

P_out：次系统用户传输的中断概率

N_j：衰落信道电平穿越信道信号噪声比门限γ_j的电平交叉率

f_D：衰落信道的最大多普勒频率

Erfc()：差错函数， $\mathrm{Erfc}\left(x\right)=\frac{2}{\sqrt{\mathrm{\π}}}{\∫}_x^{\∞}{e}^{-t^2}\mathrm{dt}$

Erfc^-1()：差错函数的逆函数

Γ()：Gamma函数

P()：概率密度函数

P_r{}：概率计算函数

mm：一帧业务传输中包含的保守时间的次数

nn：一帧业务传输中包含的预测时间的次数

k：定义预测时间的系数

频带动态选择方法如下：

频带动态选择方法提供了一种可以使次用户网络中的用户根据异构网络环境和其业务需要选择可用频带的方法，该方法具有网络环境自适应、频带检测可靠性以及时间有效性等特点。此外时间调度方法提供了一种次用户在可用频带上根据网络传播环境动态调度业务信息传输时隙和主系统用户预测方法，该方法具有高效的频谱利用率和可靠的次用户QoS保证。

首先，针对不同的主系统特性，定义认知基站CBS附件各个主系统的平均主系统用户检测门限，

该门限是现有的检测门限在无线网络传播环境中的平均值，即

γ_th1＝∫_γγ_th1f_γ(γ)dγ

其中，f_γ(γ)表示衰落信道的信道信号噪声比CSNR的概率密度函数，在瑞利的衰落情况下，平均主系统用户检测门限为

${\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}_{\mathrm{th}1}=4\sqrt{m\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}{\mathrm{Erfc}}^{-1}\left(2{\stackrel{\‾}{P}}_d\right)e^{1/2\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}\mathrm{\Γ}(\frac{3}{2},\frac{1}{2\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}})+2m\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}{e}^{1/\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}}\mathrm{\Γ}(2,\frac{1}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}})$

其次，根据以上的平均主系统用户检测门限以及次系统用户的吞吐量需求，定义CBS对各个主系统扫描的有效时间，该时间由以下优化函数得到：

$\max R=\frac{T-\mathrm{\τ}}{T}(1-P_f)C$

$s.t.P_f=\frac{1}{2}\mathrm{Erfc}({\mathrm{Erfc}}^{-1}\left(2{\stackrel{\‾}{P}}_d\right)\sqrt{2\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}+1}+\stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}\sqrt{m/2})$

得到的τ_opt就是所要的CBS的有效检测时间，在该时间内CBS完成对其附近主系统的频带检测和扫描，并将结果存于可用频带列表中；

再次，CBS根据次用户的请求从可用频带列表中选择最佳的主系统频带，选择最佳频带的依据是该频带信道的无线传播特性和信道状态，根据用户预定设备CPE传输吞吐量的中断，即

$P_{\mathrm{out}}=P_r\{\frac{1}{2}\log (1+\mathrm{\&gamma;})<C\}\&le;\mathrm{\&epsiv;}$

的定义，可以求得在给定中断概率ε下保证用户111业务最大传输速率的平均信道信号噪声比门限γ_th2。即保证用户业务质量的CSNR应满足 ${\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{th}2}\&le;\mathrm{\&gamma;}\&le;{\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{\&gamma;}}}_{\mathrm{th}1},$

在频带动态选择方法中CBS根据γ_th2≤γ≤γ_th1的条件选择用户111的最佳可用频带；时间调度方法的具体实施方案如下：

一旦用户111选定某一个可用频带后，就可以通过CBS在该频带上传输信息。由于无线网络传播环境的时变特性以及主系统用户间歇出现的特性，用户111不可能持续地占用该主频带，也不可能一直持续地发送信息数据，此时需要对用产111传输信息数据的时间进行合理有效地调度。为此，在此方法中，本发明定义业务传输的保守时间、预测时间以及后处理时间等。业务传输的保守时间：根据衰落信道的二阶统计特性，本发明定义当前信道的信道信号噪声比γ在区间[γ_th2，γ_th1)平均衰落持续时间为业务传输的保守时间，即：

${\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&tau;}}}_{402}=\frac{p({\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{th}2}\&le;\mathrm{\&gamma;}<{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}_{\mathrm{th}1})}{N_2-N_1}$

$N_j=\sqrt{\frac{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{\&gamma;}}_j}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}}{f}_D{e}^{-{\mathrm{\&gamma;}}_j/\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}$

其中，p(γ_th2≤γ＜γ_th1)表示γ落在门限[γ_th2，γ_th1)内的概率，N_j表示衰落信道的电平交叉率，即 $N_j=\sqrt{\frac{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{\&gamma;}}_j}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}}{f}_D{e}^{-{\mathrm{\&gamma;}}_j/\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}},$ f_D为衰落信道的最大多普勒频率。

预测时间：在业务传输的保守时间之外，当前信道的信道状态可能发生变化，这种改变可能是由于无线传播环境的时变特性引起的，也可能是由于主系统的变化引起的，此时需要对当前频带进行重新检测，同时也是对主系统用户的出现进行预测，预测时间既可用于对用户业务传输质量的保护，又可用于对当前频带上主系统用户再度出现的预测；预测时间应为k倍的检测时间，k可从以下定义获得：

$P_f=\frac{1}{2}\mathrm{Erfc}\left(\right[\sqrt{2\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}{\mathrm{Erfc}}^{-1}\left(2{\stackrel{\&OverBar;}{P}}_d\right)e^{1/\left(2\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}\right)}\mathrm{\&Gamma;}(\frac{3}{2},\frac{1}{2\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}})+\sqrt{\frac{\mathrm{km}}{2}}(\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}{e}^{1/\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}\mathrm{\&Gamma;}(2,\frac{1}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}})-1)\left]\right)\&le;{\stackrel{\&OverBar;}{P}}_f$

后处理时间：后处理时间主要为频带切换做准备，如果在预测时间中检测到主系统用户的出现，则在后处理时间(T-τ-mm，τ₄₀₂-nnkτ)内完成向CBS发送检测报告消息并请求切换频带，其中参数mm和nn分别表示在一帧中业务传输的保守时间的次数和预测时间的次数；如果在预测时间中没有检测到主系统用户，那么用户111可以继续其业务传输直到完成另一个业务传输的保守时间，这个过程可能要延续到下一个传输帧，整个过程按此程序循环直到CPE需要频带切换为止。

有益效果：本发明提供一种在多选频带上动态调度认知的检测时间和用户传输业务时间的调度算法。

本发明提供一种在异构环境下，PBS和CBS不知道彼此存在时，及时预测来自PBS信号影响的CPE能将所述影响报告给CBS从而提供CBS知道PBS的存在，并为此作好切换准备，减少PBS和CBS间相互干扰的动态频率资源管理方法和设备。

本发明提供一种在异构网络环境下，使CBS能够有效和及时地改变当前频带以便于为CPE提供具有QoS保证的动态频率资源管理和时间调度方法和系统。

根据本发明的另一方面，动态选择异构环境中提供的可使用频带资源，根据所选频带的信道状态和信道特性，及时监控当前频带上PBS主信号的出现，并且提前预测PBS主信号，为及时响应请求改变所述当前频带作好准备

附图说明

通过下面结合附图并进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将变得更加清楚，其中；

图1示出了异构网络环境中的一个单用户可动态选择不同主系统频带和服务的案例。

图2示出了在异构网络环境中对单个用户而言可选择的频带列表和相应频带上的时序。

图3示出了根据本发明用于检测PBS存在/空闲的频带监控操作流程图。

图4示出了根据本发明的CPE接入某一频带后的时序图。

图5示出了根据本发明的兼顾主系统用户的检测和用户业务QoS保证的时间调度流程图。

具体实施方式

下面将参照附图在这里描述本发明的优先实施例。在下面的说明书中由于已知功能和结构在不必要的细节使本发明模糊，因此不再描述它们。

在描述本发明之前，这里使用的术语定义如下：

可用频带：指分别由PBS101、PBS102、PBS103提供的可供CBS使用的空闲频带。

检测报告消息：当CPE从某一个PBS检测到信号或对可用频带作出响应时，从CPE发送到CBS的检测报告消息。

本发明提供使CBS动态选择可用频带的方法，预测PBS存在的方法以及动态调度检测时间和为CPE提供具有QoS保证的时间调度算法。

A.可用频带的动态选择方法

图3示出根据本发明用于检测PBS存在的频带监控操作流程图。

参照图3，CPE监测并扫描是否存在可用频带。在步骤310中，为避免对主系统用户的干扰，根据每个主系统状况，分别对每个主系统分配一个合理的、主系统可以接受的预置检测概率值p_d。如果本发明所述系统所在的无线传播环境为瑞利衰落信道模型，在步骤312中，每个频带上检测主系统用户的平均信道信号噪声比门限γ_th1定义为：

${\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}_{\mathrm{th}1}=4\sqrt{m\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}{\mathrm{Erfc}}^{-1}\left(2{\stackrel{\&OverBar;}{P}}_d\right)e^{1/2\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}\mathrm{\&Gamma;}(\frac{3}{2},\frac{1}{2\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}})+2m\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}{e}^{1/\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}\mathrm{\&Gamma;}(2,\frac{1}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}})$

其中，Erfc^-1(.)是函数 $\mathrm{Erfc}\left(x\right)=\frac{2}{\sqrt{\mathrm{\&pi;}}}{\&Integral;}_x^{\&infin;}{e}^{-t^2}\mathrm{dt}$ 的逆函数。参数m是时间带宽积，γ是平均信道信号噪声比。

在步骤314中，根据计算得到的γ_th1对主系统频带进行扫描，步骤316确定是否存在低于p_d定义下的检测门限γ_th1的频带，如果存在，步骤320中CPE通过检测报告消息将不存在主系统用户的频带报告给CBS。如果没有检测到可用频带，在CPE的检测时间内重复检测。步骤318判断CPE检测是否超出规定的检测时间，如果没有超出时间，则返回步骤314继续检测，否则返回步骤320，将没有可用频带消息通过检测报告消息报告给CBS，并进入下一个检测周期。

B.检测时间和为用户提供具有QoS保证的时间调度算法

图2和图4是根据本发明的CPE寻找可用频带以及接入可用频带后的时序图。

参照图4，检测时间通过最优化用户业务传输吞吐量获得。假设CPE支持用户111的业务吞吐量为C，当前信道一帧的传输时间为T，T时间内的τ时间用于对当前频带的检测，τ定义为检测时间401，其余T-τ时间为业务传输时间。本发明定义主用户不存在并且没有虚警的情况下，用户111业务传输吞吐量为R，虚警概率为P_f。为此，检测时间401可以通过以下函数优化方式得到：

$\max R=\frac{T-\mathrm{\&tau;}}{T}(1-P_f)C$

$s.t.P_f=\frac{1}{2}\mathrm{Erfc}({\mathrm{Erfc}}^{-1}\left(2{\stackrel{\&OverBar;}{P}}_d\right)\sqrt{2\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}+1}+\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}\sqrt{m/2})$

在确定了401后，再来定义业务传输的保守时间402。为确保用户111的业务质量并减少对当前频带主系统用户的干扰，与传统时序410相比，本发明进一步在T-τ时间内定义业务传输的保守时间402、主系统预测时间403以及后处理时间404。本发明所述的业务传输的保守时间由用户业务传输的中断概率P_out和当前信道的信道状态及其二阶统计特性决定。根据

$P_{\mathrm{out}}=P_r\{\frac{1}{2}\log (1+\mathrm{\&gamma;})<C\}\&le;\mathrm{\&epsiv;}$

的定义，可以求得在给定中断概率ε下保证用户111业务以最大速率传输的中断信道信号噪声比门限γ_th2。换言之，保证用户业务质量的信道信号噪声比应满足γ_th2≤γ≤γ_th1。根据衰落信道的二阶统计特性，本发明定义当前信道的信道信号噪声比γ在区间[γ_th2，γ_th1)平均衰落持续时间为业务传输的保守时间402，即：

${\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&tau;}}}_{402}=\frac{p({\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{th}2}\&le;\mathrm{\&gamma;}<{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}_{\mathrm{th}1})}{N_2-N_1}$

$N_j=\sqrt{\frac{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{\&gamma;}}_j}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}}{f}_D{e}^{-{\mathrm{\&gamma;}}_j/\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}$

其中，p(γ_th2≤γ＜γ_th1)表示γ落在门限[γ_th2，γ_th1)内的概率。N_j表示衰落信道的电平交叉率，即 $N_j=\sqrt{\frac{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{\&gamma;}}_j}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}}{f}_D{e}^{-{\mathrm{\&gamma;}}_j/\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}},$ f_D为衰落信道的最大多普勒频率。

在此时间之外，当前信道的信道状态可能发生变化，此时需要对当前频带进行重新检测，为此本发明定义预测时间403。该时间既可用于对用户业务传输质量的保护，又可用于对当前频带上主系统用户再度出现的预测。从频带资源有效性、用户业务吞吐量最大化以及时延最小化角度考虑，本发明定义的预测时间403应为k倍的检测时间，k可从以下定义获得：

$P_f=\frac{1}{2}\mathrm{Erfc}\left(\right[\sqrt{2\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}{\mathrm{Erfc}}^{-1}\left(2{\stackrel{\&OverBar;}{P}}_d\right)e^{1/\left(2\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}\right)}\mathrm{\&Gamma;}(\frac{3}{2},\frac{1}{2\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}})+\sqrt{\frac{\mathrm{km}}{2}}(\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}{e}^{1/\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}\mathrm{\&Gamma;}(2,\frac{1}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}})-1)\left]\right)\&le;{\stackrel{\&OverBar;}{P}}_f$

如果在403中检测到主系统用户的出现，则在后处理时间404(T-τ-mm τ₄₀₂-nnkτ)内完成向CBS发送检测报告消息并请求切换频带。其中参数mm和nn分别表示在一帧中业务传输的保守时间的次数和预测时间的次数。如果在403中没有检测到主系统用户，那么用户111可以继续其业务传输直到完成另一个业务传输的保守时间402，这个过程可能要延续到下一个传输帧，整个过程按此程序循环直到CPE需要频带切换为止。

C.主系统预测、时间动态调度的循环过程

图5示出了根据本发明的兼顾主系统用户检测和次系统用户业务QoS保证的时间调度流程图。

参照图5，步骤510检测是否在检测时间内完成检测，如果完成检测，并且有可用频带，则接入可用频带(步骤512)，并分配用户链路资源(步骤514)。步骤516，用户在保守时间内使用当前频带，步骤518判断用户使用是否超出保守时间，如果没有超出继续516，如果超出进入步骤520进行主系统用户预测。步骤522判断是否检测到主系统用户，如果发现主系统用户，CPE发送检测报告消息526，并为切换频带作好准备528，结束当前频带的传输；如果没有继续进行超时判断524，判断是否超出预测时间，如果没有返回520，继续检测。如果超时，还没有检测到主系统用户，则继续530，直到完成另一个业务传输的保守时间，这个过程可能要延续到下一个传输帧532，此时进行业务传输的保守时间判断534，如果超时，重新检测，返回510，进入循环。

Claims (1)

1.一种异构网络中的频带动态选择和时间调度方法，其特征在于频带动态选择方法如下：首先，针对不同的主系统特性，定义认知基站CBS附近各个主系统的平均主系统用户检测门限，该门限是现有的检测门限在无线网络传播环境中的平均值，即

${\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}_{\mathrm{th}1}={\&Integral;}_{\mathrm{\&gamma;}}{\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{th}1}{f}_{\mathrm{\&gamma;}}\left(\mathrm{\&gamma;}\right)\mathrm{d\&gamma;}$

其中，f_γ(γ)表示衰落信道的信道信号噪声比CSNR的概率密度函数，在瑞利的衰落情况下，平均主系统用户检测门限为：

${\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}_{\mathrm{th}1}=4\sqrt{m\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}{\mathrm{Erfc}}^{-1}\left(2{\stackrel{\&OverBar;}{P}}_d\right)e^{1/2\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}\mathrm{\&Gamma;}(\frac{3}{2},\frac{1}{2\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}})+2m\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}{e}^{1/\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}\mathrm{\&Gamma;}(2,\frac{1}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}})$

其次，根据以上的平均主系统用户检测门限以及次系统用户的吞吐量需求，定义CBS对各个主系统检测的最优时间，该时间由以下优化函数得到：

max $R=\frac{T-\mathrm{\&tau;}}{T}(1-P_f)C$

s.t. $P_f=\frac{1}{2}\mathrm{Erfc}({\mathrm{Erfc}}^{-1}\left(2{\stackrel{\&OverBar;}{P}}_d\right)\sqrt{2\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}+1}+\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}\sqrt{m/2})$

得到的最优的τ_opt就是所要的CBS的最优检测时间，在该时间内CBS完成对其附近主系统的频带检测和扫描，并将结果存于可用频带列表中；

再次，CBS根据次系统用户的请求从可用频带列表中选择最佳的主系统频带，选择最佳频带的依据是该频带信道的无线传播特性和信道状态，根据用户预定设备CPE传输吞吐量的中断，即

$P_{\mathrm{out}}=P_r\{\frac{1}{2}\log (1+\mathrm{\&gamma;})<C\}\&le;\mathrm{\&epsiv;}$

的定义，可以求得在给定中断概率ε下保证用户次系统用户(111)业务最大传输速率信道信号噪声比门限γ_th2，即保证用户业务质量的CSNR应满足

在频带动态选择方法中CBS根据

的条件选择次系统用户(111)的最佳可用频带；时间调度方法的具体实施方案如下：

一旦次系统用户(111)选定某一个可用频带后，就可以通过CBS在该频带上传输信息，由于无线网络传播环境的时变特性以及主系统用户间歇出现的特性，次系统用户(111)不可能持续地占用该主频带，也不可能一直持续地发送信息数据，此时需要对次系统用户(111)传输信息数据的时间进行合理有效地调度，为此，在此方法中，定义业务传输的保守时间、预测时间以及后处理时间，

业务传输的保守时间：根据衰落信道的二阶统计特性，定义当前信道的信道信号噪声比γ在区间

平均衰落持续时间为业务传输的保守时间，即：

${\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&tau;}}}_{402}=\frac{p({\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{th}2}\&le;\mathrm{\&gamma;}<{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}_{\mathrm{th}1})}{N_2-N_1}$

$N_j=\sqrt{\frac{2\mathrm{\&pi;}{\mathrm{\&gamma;}}_j}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}}{f}_D{e}^{-{\mathrm{\&gamma;}}_j/\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}$

其中，

表示γ落在门限

内的概率，N_j表示衰落信道的电平交叉率，即

f_D为衰落信道的最大多普勒频率，

预测时间：在业务传输的保守时间之外，当前信道的信道状态可能发生变化，这种改变可能是由于无线传播环境的时变特性引起的，也可能是由于主系统的变化引起的，此时需要对当前频带进行重新检测，同时也是对主系统用户的出现进行预测，预测时间既可用于对用户业务传输质量的保护，又可用于对当前频带上主系统用户再度出现的预测；预测时间应为k倍的最优的检测时间τ_opt，k可从以下定义获得：

$P_f=\frac{1}{2}\mathrm{Erfc}\left(\right[\sqrt{2\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}{\mathrm{Erfc}}^{-1}\left(2{\stackrel{\&OverBar;}{P}}_d\right)e^{1/\left(2\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}\right)}\mathrm{\&Gamma;}(\frac{3}{2},\frac{1}{2\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}})+\sqrt{\frac{\mathrm{km}}{2}}(\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}{e}^{1/\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}}\mathrm{\&Gamma;}(2,\frac{1}{\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&gamma;}}})-1)\left]\right)\&le;{\stackrel{\&OverBar;}{P}}_f$

后处理时间：后处理时间主要为频带切换做准备，如果在预测时间中检测到主系统用户的出现，则在后处理时间(T-τ-mm，

)内完成向CBS发送检测报告消息并请求切换频带，其中参数mm和nn分别表示在一帧中业务传输的保守时间的次数和预测时间的次数；如果在预测时间中没有检测到主系统用户，那么次系统用户(111)继续其业务传输直到完成另一个业务传输的保守时间，这个过程可能要延续到下一个传输帧，整个过程按此程序循环直到CPE需要频带切换为止；

以上公式中的符号定义如下：

γ：信道信号噪声比CSNR(channel-signal-to-noise ratio)

γ_j：第j个信道信号噪声比门限

τ_opt：最优检测时间，CBS用于检测主系统的有效检测时间的最优值

f_γ(γ)：衰落信道的信道信号噪声比CSNR的概率密度函数

：衰落信道的平均信道信号噪声比

γ_th1：认知基站CBS各个主系统的主系统用户信道信号噪声比的检测门限

：认知基站CBS各个主系统的平均主系统用户检测门限

γ_th2：在给定中断概率下保证用户业务最大传输速率的平均信道信号噪声比门限

m：系统的时间带宽积

：衰落信道的信道信号噪声比的平均衰落持续时间

P_d：对主系统检测的检测概率

：对主系统检测的期望检测概率

P_f：对主系统检测的虚警概率

：对主系统检测的期望虚警概率

C：次系统用户的理论吞吐量

R：次系统用户的可达到吞吐量

ε：次系统用户传输的目标中断概率

T：一个帧长的传输时间，单位秒

τ：一帧内的检测时间，单位秒

τ₄₀₂：一帧内业务传输的保守时间

P_out：次系统用户传输的中断概率

N_j：衰落信道电平穿越信道信号噪声比门限γ_j的电平交叉率

f_D：衰落信道的最大多普勒频率

Erfc()：差错函数，

Erfc^-1()：差错函数的逆函数

Γ()：Gamma函数

P()：概率密度函数

P_r{}：概率计算函数

mm：一帧业务传输中包含的保守时间的次数

nn：一帧业务传输中包含的预测时间的次数

k：定义预测时间的系数。

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