CN103152837B - 一种机会信道接入与切换方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信技术中的接入控制领域，尤其涉及一种机会信道接入与切换方法及装置，接收端接收到由发送端经探测到的空闲信道发送的包含训练序列的RTS数据包，根据所述训练序列获得所述空闲信道的信道状态，判断该信道状态是否大于或等于最优门限k^*，如果是，则接入该空闲信道进行数据流的传输，否则，发送端与接收端根据共享的信道探测顺序切换信道，寻找并探测下一个空闲信道，在本发明中，用户可以根据训练序列获得信道状态，调整信道的接入与切换，最大化地利用信道在时频二维的瞬时传输机会，提高了信道的利用效率，本发明是在链路层进行分集利用，相比于传统的物理层分集技术，不需要额外的附加硬件，利于应用到现有的通信设备。

Description

一种机会信道接入与切换方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术中的接入控制领域，尤其涉及一种机会信道接入与切换方法及装置。

背景技术

提高无线频谱的传输效率，是无线通信领域的一个经典研究课题，其中需要面对的一个关键问题就是无线信道的时变特性：由于无线信号的多径传播特性，在通信终端或者周围反射物存在移动的应用场景下，终端接收信号的质量随时间动态变化。传统的信号处理方式，比如均衡、编码、分集合并等物理层技术，在对抗信道动态性上面效果显著，一定程度上缓解了信道动态性对数据包传输的恶劣影响，然而这些技术需要复杂的硬件支持，比如均衡器、多天线等，带来了设计难度与应用成本的上升。相对于传统观念试图使用物理层技术去克服信道动态性，近些年的一些新研究表明，如果能在链路以及链路以上层面充分利用信道的这种动态性，系统的吞吐量将能进一步的得到大幅提升，具体来说，由于信道的链路质量随机动态变化，对于同一用户来说，同一时刻不同信道表现出来的链路质量存在显著差异（即多信道分集），因此，用户可以通过序贯的探测信道，然后机会的接入当前瞬时链路质量较好的信道进行传输，从而实现系统吞吐量的提升。近几年的研究关注了这类序贯观测与机会接入问题，提出了相应的机会接入策略来获取多信道分集增益。

然而，现有的研究所提出的策略都建立于恒定传输时间模型：将每个传输时隙设置为信道相关时间，并假设信道状态在时隙内不发生变化，且在相邻时隙间独立变化。事实上，由于信道相关时间仅是信道质量高度相关的持续时间的一种统计度量，实际的信道保持良好状态的时间可能远远超出信道相关时间，同时，信道质量也有可能在一个信道相关时间内迅速恶化。因此，使用恒定的传输时间将导致时频两个方面传输机会的损失：当前信道状态依旧良好却因传输时间限制被放弃，导致时域机会的损失；或者当前信道链路质量变差，却因传输时间限制而不能及时切换到具有更好链路质量的信道，导致频域传输机会的浪费，这两方面的传输机会的损失，是现有技术信道利用效率较低的主要原因。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能够最大化信道利用效率的机会信道接入与切换方法及装置。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种机会信道接入与切换方法，包括：

接收端接收到由发送端经探测到的空闲信道发送的包含训练序列的RTS(RequestTo Send，请求发送)数据包；根据所述训练序列获得所述空闲信道的信道状态，并将信道状态通过CTS(Clear To Send，允许发送)反馈给发送端，发送端与接收端判断该信道状态是否大于或等于最优门限k^*，如果是，则接入该空闲信道进行数据流的传输，否则，发送端与接收端根据共享的信道探测顺序切换信道，寻找并探测下一个空闲信道。

其中，接入该空闲信道进行数据流的传输进一步包括：

数据流分成多个数据包依次传输，传输每个数据包的同时在其尾部嵌入训练序列；

接收端接收到所述尾部嵌入了训练序列的数据包，根据数据包尾部的训练序列获得当前信道的实时信道状态，并通过ACK(Acknowledgment，确认字符)数据包将实时信道状态反馈给发送端，发送端与接收端判断数据流是否传输完毕，如果是，则发送端发送一个传输终止信号给接收端，双方结束传输过程，否则，判断该实时信道状态是否大于或等于所述最优门限k^*，如果是，则继续在当前信道进行数据流的传输，否则，发送端与接收端根据共享的信道探测顺序切换信道，寻找并探测下一个空闲信道。

其中，接收端接收到由发送端经探测到的空闲信道发送的包含训练序列的RTS数据包之前，进一步包括：

发送端需要发送数据流时，在控制通道发送一个RTS数据包给接收端；接收端停留在控制通道并做好接收数据流准备时，给接收端回复一个CTS数据包，以实现发送端与接收端共享信道探测顺序；

发送端和接收端根据共享的信道探测顺序对信道进行探测，首先探测信道探测顺序的第一个信道，判断信道是否空闲，如果是，则发送端经该空闲信道向接收端发送包含训练序列的RTS数据包，否则，切换到所述信道探测顺序中的下一个信道继续探测，直到探测到空闲信道。

其中，最优门限由以下方法计算：

a、获得系统的信道离散化参数：

获取系统支持的传输速率等级{0,1,…,K-1}以及每档速率对应的信噪比门限Γ_k；

获取系统中节点的最大多普勒频移f_d；

获取信道平均信噪比γ₀；

b、由信道离散化参数计算信道状态转移矩阵：

根据系统的传输速率等级，将信道描述为一个K状态的有限状态马尔科夫模型{0,1，...,K-1}，其中每一个状态对应一档速率：如果接收信噪比Γ_k≤γ<Γ_k+1，那么信道处于状态k；

信道状态的平稳概率分布π_k由下式获取：

其中，

信道状态的转移概率q_s，s′由下式获取：

q_k,k=1-q_k,k+1-q_k,k-1,k=1,2,…,K-2

q_0,0=1-q_0,1

q_K-1，K-1=1-q_K-1,K-2

其中，τ_d是系统设计的帧长，Λ(·)是水平穿越率函数：

信道转移矩阵Q_k由信道转移概率组成：

c、由信道状态转移矩阵计算最优门限：

令k^*=0；其中R(k)表示速率等级k所支持的传输速率；其中M为系统用户数，N为信道数目；τ_S，τ_R和τ_m分别为信道切换、测量和监测时间开销；是信道状态稳态分布向量；是信道状态对应的传输速率向量；

则最优门限可以根据如下方式获取：对所有计算确定使E[Φ(Ψ_k)]最大的k值即为最优门限k^*。

一种机会信道接入与切换装置，包括：

接入切换单元：接收端接收到由发送端经探测到的空闲信道发送的包含训练序列的RTS数据包；根据所述训练序列获得所述空闲信道的信道状态，并将信道状态通过CTS反馈给发送端，发送端与接收端判断该信道状态是否大于或等于最优门限k^*，如果是，则接入该空闲信道进行数据流的传输，否则，发送端与接收端根据共享的信道探测顺序切换信道，寻找并探测下一个空闲信道。

进一步的，还包括：

嵌入单元：数据流分成多个数据包依次传输，传输每个数据包的同时在其尾部嵌入训练序列；

实时探测单元：接收端接收到所述尾部嵌入了训练序列的数据包，根据数据包尾部的训练序列获得当前信道的实时信道状态，并通过ACK数据包将实时信道状态反馈给发送端，发送端与接收端判断数据流是否传输结束，如果是，则发送端发送一个传输终止信号给接收端，双方结束传输过程，否则，判断该实时信道状态是否大于或等于所述最优门限k^*，如果是，则继续在当前信道进行数据流的传输，否则，发送端与接收端根据共享的信道探测顺序切换信道，寻找并探测下一个空闲信道。

进一步的，还包括：

准备单元：发送端需要发送数据流时，在控制通道发送一个RTS数据包给接收端；接收端停留在控制通道并做好接收数据流准备时，给接收端回复一个CTS数据包，以实现发送端与接收端共享信道探测顺序；

探测单元：发送端和接收端根据共享的信道探测顺序对信道进行探测，首先探测信道探测顺序的第一个信道，判断信道是否空闲，如果是，则发送端经该空闲信道向接收端发送包含训练序列的RTS数据包，否则，切换到所述信道探测顺序中的下一个信道继续探测，直到探测到空闲信道。

进一步的，还包括：

最优门限计算单元：所述最优门限由以下方法计算：

a、获得系统的信道离散化参数：

获取系统支持的传输速率等级{0,1,…,K-1}以及每档速率对应的信噪比门限Γ_k；

获取系统中节点的最大多普勒频移f_d；

获取信道平均信噪比γ₀；

b、由信道离散化参数计算信道状态转移矩阵：

根据系统的传输速率等级，将信道描述为一个K状态的有限状态马尔科夫模型{0,1，...,K-1}，其中每一个状态对应一档速率：如果接收信噪比Γ_k≤γ<Γ_k+1，那么信道处于状态k；

信道状态的平稳概率分布π_k由下式获取：

其中，

信道状态的转移概率q_s，s′由下式获取：

q_k,k=1-q_k,k+1-q_k,k-1,k=1,2,…,K-2

q_0,0=1-q_0,1

q_K-1，K-1=1-q_K-1，K-2

其中，τ_d是系统设计的帧长，Λ(·)是水平穿越率函数：

信道转移矩阵Q_k由信道转移概率组成：

c、由信道状态转移矩阵计算最优门限：

令其中R(k)表示速率等级k所支持的传输速率；其中M为系统用户数，N为信道数目；τ_S，τ_R和τ_m分别为信道切换、测量和监测时间开销；是信道状态稳态分布向量；是信道状态对应的传输速率向量；

则最优门限可以根据如下方式获取：对所有计算确定使E[Φ(ψ_k)]最大的k值即为最优门限k^*。

本发明的有益效果为：一种机会信道接入与切换方法及装置，该方法包括：接收端接收到由发送端经探测到的空闲信道发送的包含训练序列的RTS数据包；根据所述训练序列获得所述空闲信道的信道状态，并将信道状态通过CTS反馈给发送端，发送端与接收端判断该信道状态是否大于或等于最优门限k^*，如果是，则接入该空闲信道进行数据流的传输；在数据流的传输过程中，根据数据包尾部的训练序列获得当前信道的实时信道状态，并通过ACK数据包将实时信道状态反馈给发送端，发送端与接收端判断数据流是否传输完毕，如果是，则发送端发送一个传输终止信号给接收端，双方结束传输过程，否则，判断该实时信道状态是否大于或等于所述最优门限k^*，如果是，则继续在当前信道进行数据流的传输，否则，发送端与接收端根据共享的信道探测顺序切换信道，寻找并探测下一个空闲信道，在本发明中，用户可以根据训练序列获得信道状态，调整信道的接入与切换，最大化地利用信道在时频二维的瞬时传输机会，提高了信道的利用效率，且本发明所需的计算简单，利于在线的实时实现，用户只需要将探测到的信道状态和预设的接入及切换门限比较，高于门限则接入，低于则切换，本发明在链路层进行分集的利用，相比于传统的物理层分集技术，不需要任何额外的附加硬件，利于应用到现有的通信设备。

附图说明

图1是本发明方法流程图

图2是本发明中信道离散化所使用的有限状态马尔科夫信道模型示意图

图3是本发明与现有技术在不同平均信噪比下的吞吐量性能比较示意图

图4是本发明与现有技术在不同移动速度下的吞吐量性能比较示意图

图5是本发明与现有技术在不同信道探测开销下的吞吐量性能比较示意图

图6是系统期望吞吐量和测量参数τ_m和τ_p之间的比较示意图

具体实施方式

下面将结合图1-图6并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

一种机会信道接入与切换方法，包括：

接收端接收到由发送端经探测到的空闲信道发送的包含训练序列的RTS数据包；根据所述训练序列获得所述空闲信道的信道状态，并将信道状态通过CTS反馈给发送端，发送端与接收端判断该信道状态是否大于或等于最优门限k^*，如果是，则接入该空闲信道进行数据流的传输，否则，发送端与接收端根据共享的信道探测顺序切换信道，寻找并探测下一个空闲信道。

在本实施例中，接入该空闲信道进行数据流的传输进一步包括：

数据流分成多个数据包依次传输，传输每个数据包的同时在其尾部嵌入训练序列；

接收端接收到所述尾部嵌入了训练序列的数据包，根据数据包尾部的训练序列获得当前信道的实时信道状态，并通过ACK数据包将实时信道状态反馈给发送端，发送端与接收端判断数据流是否传输完毕，如果是，则发送端发送一个传输终止信号给接收端，双方结束传输过程，否则，判断该实时信道状态是否大于或等于所述最优门限k^*，如果是，则继续在当前信道进行数据流的传输，否则，发送端与接收端根据共享的信道探测顺序切换信道，寻找并探测下一个空闲信道。

在本实施例中，接收端接收到由发送端经探测到的空闲信道发送的包含训练序列的RTS数据包之前，进一步包括：

发送端需要发送数据流时，在控制通道发送一个RTS数据包给接收端；接收端停留在控制通道并做好接收数据流准备时，给接收端回复一个CTS数据包，以实现发送端与接收端共享信道探测顺序；

发送端和接收端根据共享的信道探测顺序对信道进行探测，首先探测信道探测顺序的第一个信道，判断信道是否空闲，如果是，则发送端经该空闲信道向接收端发送包含训练序列的RTS数据包，否则，切换到所述信道探测顺序中的下一个信道继续探测，直到探测到空闲信道。

在本实施例中，控制通道可以是一个专用物理通道或通过一系列信息处理形成的逻辑专用通道，如果接收端停留在控制通道，并已经做好了接收数据的准备，它将回复一个CTS给发送端，通过这种握手交互，双方共享信道探测序列，实现同步，如果是基于随机数发生器产生信道序列的话，发送端和接收端只需共享一个种子序号。

在本实施例中，在频域上根据信道探测顺序探测信道，发送端需要切换频谱，每次信道切换需要τ_S的时长用于无线电参数(如频率、调制和功率水平)的调整，然后发送端使用一个DIFS（分布式协调帧间间隔）时长用于载波检测，以确保不与正在进行的传输发生碰撞，如果发现信道被占用，发送端将立即切换到下一个信道，否则，发送端发送包含训练序列的RTS数据包探测信道，考虑到可能存在的探测包碰撞的情况，使用一种基于随机退避的方式竞争发送RTS数据包，接收端一旦成功接收到RTS，就根据训练序列计算信道状态，并通过CTS将这一信息反馈给发送端。

在本实施例中，最优门限由以下方法计算：

a、获得系统的信道离散化参数：

获取系统支持的传输速率等级{0,1,…,K-1}以及每档速率对应的信噪比门限Γ_k；

获取系统中节点的最大多普勒频移f_d；

获取信道平均信噪比γ₀；

b、由信道离散化参数计算信道状态转移矩阵：

如图2所示，根据系统的传输速率等级，将信道描述为一个K状态的有限状态马尔科夫模型{0,1,…,K-1}，其中每一个状态对应一档速率：如果接收信噪比Γ_k≤γ<Γ_k+1，那么信道处于状态k；

信道状态的平稳概率分布π_k由下式获取：

其中，

信道状态的转移概率q_s，s′由下式获取：

q_k,k=1-q_k,k+1-q_k,k-1,k=1,2,…,K-2

q_0,0=1-q_0,1

q_K-1，K-1=1-q_K-1，K-2

其中，τ_d是系统设计的帧长，Λ(·)是水平穿越率函数：

信道转移矩阵Q_k由信道转移概率组成：

c、由信道状态转移矩阵计算最优门限：

令其中R(k)表示速率等级k所支持的传输速率；其中M为系统用户数，N为信道数目；τ_S，τ_R和τ_m分别为信道切换、测量和监测时间开销；是信道状态稳态分布向量；是信道状态对应的传输速率向量；

则最优门限可以根据如下方式获取：对所有计算确定使E[Φ(ψ_k)]最大的k值即为最优门限k^*。

一种机会信道接入与切换装置，包括：

接入切换单元：接收端接收到由发送端经探测到的空闲信道发送的包含训练序列的RTS数据包；根据所述训练序列获得所述空闲信道的信道状态，并将信道状态通过CTS反馈给发送端，发送端与接收端判断该信道状态是否大于或等于最优门限k^*，如果是，则接入该空闲信道进行数据流的传输，否则，发送端与接收端根据共享的信道探测顺序切换信道，寻找并探测下一个空闲信道。

进一步的，还包括：

嵌入单元：数据流分成多个数据包依次传输，传输每个数据包的同时在其尾部嵌入训练序列；

实时探测单元：接收端接收到所述尾部嵌入了训练序列的数据包，根据数据包尾部的训练序列获得当前信道的实时信道状态，并通过ACK数据包将实时信道状态反馈给发送端，发送端与接收端判断数据流是否传输结束，如果是，则发送端发送一个传输终止信号给接收端，双方结束传输过程，否则，判断该实时信道状态是否大于或等于所述最优门限k^*，如果是，则继续在当前信道进行数据流的传输，否则，发送端与接收端根据共享的信道探测顺序切换信道，寻找并探测下一个空闲信道。

进一步的，还包括：

准备单元：发送端需要发送数据流时，在控制通道发送一个RTS数据包给接收端；接收端停留在控制通道并做好接收数据流准备时，给接收端回复一个CTS数据包，以实现发送端与接收端共享信道探测顺序；

探测单元：发送端和接收端根据共享的信道探测顺序对信道进行探测，首先探测信道探测顺序的第一个信道，判断信道是否空闲，如果是，则发送端经该空闲信道向接收端发送包含训练序列的RTS数据包，否则，切换到所述信道探测顺序中的下一个信道继续探测，直到探测到空闲信道。

进一步的，还包括：

最优门限计算单元：所述最优门限由以下方法计算：

a、获得系统的信道离散化参数：

获取系统支持的传输速率等级{0,1,…,K-1}以及每档速率对应的信噪比门限Γ_k；

获取系统中节点的最大多普勒频移f_d；

获取信道平均信噪比γ₀；

b、由信道离散化参数计算信道状态转移矩阵：

根据系统的传输速率等级，将信道描述为一个K状态的有限状态马尔科夫模型{0,1，...,K-1}，其中每一个状态对应一档速率：如果接收信噪比Γ_k≤γ<Γ_k+1，那么信道处于状态k；

信道状态的平稳概率分布π_k由下式获取：

其中，

信道状态的转移概率q_s，s′由下式获取：

q_k,k=1-q_k,k+1-q_k,k-1,k=1,2,…,K-2

q_0,0=1-q_0,1

q_K-1，K-1=1-q_K-1,K-2

其中，τ_d是系统设计的帧长，Λ(·)是水平穿越率函数：

信道转移矩阵Q_k由信道转移概率组成：

c、由信道状态转移矩阵计算最优门限：

令其中R(k)表示速率等级k所支持的传输速率；其中M为系统用户数，N为信道数目；τ_S，τ_R和τ_m分别为信道切换、测量和监测时间开销；是信道状态稳态分布向量；是信道状态对应的传输速率向量；

则最优门限可以根据如下方式获取：对所有计算确定使E[Φ(ψ_k)]最大的k值即为最优门限k^*。

如图3所示，是本发明与现有技术在不同平均信噪比下的吞吐量性能比较示意图，自变量是平均信噪比，如图4所示，是本发明与现有技术在不同移动速度下的吞吐量性能比较示意图，自变量是移动速度（对应于最大多普勒频移），本发明相比于传统的单信道机会传输（OT），吞吐量增益达到140%，相比于固定传输时间的机会信道接入与转换方法（OCA），吞吐量增益达到60%。

如图5所示，是本发明有现有技术在不同信道探测开销下的吞吐量性能比较示意图，自变量是信道探测开销(也叫信道探测时间)，显然，本发明在所模拟的代表性场景中，吞吐量大幅的超出了现有技术。

图6给出了系统期望吞吐量和测量参数τ_m和τ_p之间的比较示意图。其中，τ_m的变化范围是10~100μs，τ_p的变化范围是0.1~1ms，这些参数范围基本涵盖了现有硬件水平可能带来的测量时间值。显然，本发明所提方法达到的吞吐量明显超出现有信道利用方式。

实施例二

在本实施例中，传输系统为一个500MHz频段的无线传输系统，信道带宽为2MHz；系统的最大多普勒频移为15Hz（即最大相对移动速度）；平均接收信噪比γ₀=10dB；每个数据帧持续时间长度τ_d为1ms；信道切换所耗时间τ_S为0.15ms；信道探测数据包交互时间τ_R为0.35ms；信道监测所耗时间τ_m为0.05ms；系统具备10级调制编码速率，即K＝10，速率间隔为1Mbps，即传输速率为1~16Mbps，假设理想的信噪比-速率模型，即R(k)=Blog₂(1+Γ_k)bps，则信噪比门限Γ₀=0，Γ₁₀=∞，[Γ₁,Γ₂,…,Γ₉]=[-3.8,0,2.6,4.8,6.7,8.5,10.1,11.8,13.4]dB。

首先获取信道分布：

由得到信道状态的平稳概率分布向量：

信道状态的转移概率q_s，s′由下式获取：

q_k,k=1-q_k,k+1-q_k,k-1,k=1,2,…,K-2

q_0,0=1-q_0,1

q_K-1，K-1=1-q_K-1,K-2

其中，τ_d是系统设计的帧长，Λ(·)是水平穿越率函数：代入参数，得到转移概率矩阵：

根据信道转移矩阵，获取最优接入与切换门限：

初始化：

考虑单用户，使用下述算法计算最优门限k^*：

对所有计算确定使

E[Φ(ψ_k)]最大的k值即为最优门限k^*，

经计算，得到k^*=9。

进而，根据最佳门限，按照如前所述方式进行机会信道接入与切换，直至数据全部发送。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种机会信道接入与切换方法，其特征在于，包括：

接收端接收到由发送端经探测到的空闲信道发送的包含训练序列的RTS数据包，根据所述训练序列获得所述空闲信道的信道状态，并将信道状态通过CTS反馈给发送端，发送端与接收端判断该信道状态是否大于或等于最优门限k^*，如果是，则接入该空闲信道进行数据流的传输，否则，发送端与接收端根据共享的信道探测顺序切换信道，寻找并探测下一个空闲信道；

其中，所述最优门限由以下方法计算：

a、获得系统的信道离散化参数：

获取系统支持的传输速率等级{0,1,…,K-1}以及每档速率对应的信噪比门限Γ_k；

获取系统中节点的最大多普勒频移f_d；

获取信道平均信噪比γ₀；

b、由信道离散化参数计算信道状态转移矩阵：

根据系统的传输速率等级，将信道描述为一个K状态的有限状态马尔科夫模型{0,1,…,K-1}，其中每一个状态对应一档速率：如果接收信噪比Γ_k≤γ<Γ_k+1，那么信道处于状态k；

信道状态的平稳概率分布π_k由下式获取：

${\mathrm{\&pi;}}_k={\&Integral;}_{{\mathrm{\&Gamma;}}_k}^{{\mathrm{\&Gamma;}}_{k+1}}p\left(\mathrm{\&gamma;}\right)d\mathrm{\&gamma;}=e^{-\frac{{\mathrm{\&Gamma;}}_k}{{\mathrm{\&gamma;}}_0}}-e^{-\frac{{\mathrm{\&Gamma;}}_{k+1}}{{\mathrm{\&gamma;}}_0}},k=0,1,...,K-1$

其中，

信道状态的转移概率q_s,s'由下式获取：

$q_{k,k-1}=\frac{\mathrm{\&Lambda;}\left({\mathrm{\&Gamma;}}_k\right)}{{\mathrm{\&pi;}}_k}{\mathrm{\&tau;}}_d,k=1,2,...,K-1$

$q_{k,k+1}=\frac{\mathrm{\&Lambda;}\left({\mathrm{\&Gamma;}}_{k+1}\right)}{{\mathrm{\&pi;}}_k}{\mathrm{\&tau;}}_d,k=0,1,...,K-2$

q_k,k＝1-q_k,k+1-q_k,k-1,k＝1,2,…,K-2q_0,0＝1-q_0,1

q_K-1,K-1＝1-q_K-1,K-2

其中，τ_d是系统设计的帧长，Λ(·)是水平穿越率函数：

信道转移矩阵Q_k由信道转移概率组成：

c、由信道状态转移矩阵计算最优门限：

令k^*＝0；其中R(k)表示速率等级k所支持的传输速率；其中M为系统用户数，N为信道数目；τ_S，τ_R和τ_m分别为信道切换、测量和监测时间开销；是信道状态稳态分布向量；是信道状态对应的传输速率向量；

则最优门限可以根据如下方式获取：对所有计算其中，是长度为(K-k)的单位列向量；确定使E[Φ(ψ_k)]最大的k值即为最优门限k^*。

2.根据权利要求1所述的一种机会信道接入与切换方法，其特征在于：所述接入该空闲信道进行数据流的传输进一步包括：

数据流分成多个数据包依次传输，传输每个数据包的同时在其尾部嵌入训练序列；

接收端接收到所述尾部嵌入了训练序列的数据包，根据数据包尾部的训练序列获得当前信道的实时信道状态，并通过ACK数据包将实时信道状态反馈给发送端，发送端与接收端判断数据流是否传输完毕，如果是，则发送端发送一个传输终止信号给接收端，双方结束传输过程，否则，判断该实时信道状态是否大于或等于所述最优门限k^*，如果是，则继续在当前信道进行数据流的传输，否则，发送端与接收端根据共享的信道探测顺序切换信道，寻找并探测下一个空闲信道。

3.根据权利要求1所述的一种机会信道接入与切换方法，其特征在于：接收端接收到由发送端经探测到的空闲信道发送的包含训练序列的RTS数据包之前，进一步包括：

发送端需要发送数据流时，在控制通道发送一个RTS数据包给接收端；接收端停留在控制通道并做好接收数据流准备时，给发送端回复一个CTS数据包，以实现发送端与接收端共享信道探测顺序；

发送端和接收端根据共享的信道探测顺序对信道进行探测，首先探测信道探测顺序的第一个信道，判断信道是否空闲，如果是，则发送端经该空闲信道向接收端发送包含训练序列的RTS数据包，否则，切换到所述信道探测顺序中的下一个信道继续探测，直到探测到空闲信道。

4.一种机会信道接入与切换装置，其特征在于，包括：

接入切换单元：接收端接收到由发送端经探测到的空闲信道发送的包含训练序列的RTS数据包；根据所述训练序列获得所述空闲信道的信道状态，并将信道状态通过CTS反馈给发送端，发送端与接收端判断该信道状态是否大于或等于最优门限k^*，如果是，则接入该空闲信道进行数据流的传输，否则，发送端与接收端根据共享的信道探测顺序切换信道，寻找并探测下一个空闲信道；

其中，最优门限计算单元：所述最优门限由以下方法计算：

a、获得系统的信道离散化参数：

获取系统支持的传输速率等级{0,1,…,K-1}以及每档速率对应的信噪比门限Γ_k；

获取系统中节点的最大多普勒频移f_d；

获取信道平均信噪比γ₀；

b、由信道离散化参数计算信道状态转移矩阵：

根据系统的传输速率等级，将信道描述为一个K状态的有限状态马尔科夫模型{0,1,…,K-1}，其中每一个状态对应一档速率：如果接收信噪比Γ_k≤γ<Γ_k+1，那么信道处于状态k；

信道状态的平稳概率分布π_k由下式获取：

${\mathrm{\&pi;}}_k={\&Integral;}_{{\mathrm{\&Gamma;}}_k}^{{\mathrm{\&Gamma;}}_{k+1}}p\left(\mathrm{\&gamma;}\right)d\mathrm{\&gamma;}=e^{-\frac{{\mathrm{\&Gamma;}}_k}{{\mathrm{\&gamma;}}_0}}-e^{-\frac{{\mathrm{\&Gamma;}}_{k+1}}{{\mathrm{\&gamma;}}_0}},k=0,1,...,K-1$

其中，

信道状态的转移概率q_s,s'由下式获取：

$q_{k,k-1}=\frac{\mathrm{\&Lambda;}\left({\mathrm{\&Gamma;}}_k\right)}{{\mathrm{\&pi;}}_k}{\mathrm{\&tau;}}_d,k=1,2,...,K-1$

$q_{k,k+1}=\frac{\mathrm{\&Lambda;}\left({\mathrm{\&Gamma;}}_{k+1}\right)}{{\mathrm{\&pi;}}_k}{\mathrm{\&tau;}}_d,k=0,1,...,K-2$

q_k,k＝1-q_k,k+1-q_k,k-1,k＝1,2,…,K-2q_0,0＝1-q_0,1

q_K-1,K-1＝1-q_K-1,K-2

其中，τ_d是系统设计的帧长，Λ(·)是水平穿越率函数：

信道转移矩阵Q_k由信道转移概率组成：

c、由信道状态转移矩阵计算最优门限：

令k^*＝0；其中R(k)表示速率等级k所支持的传输速率；其中M为系统用户数，N为信道数目；τ_S，τ_R和τ_m分别为信道切换、测量和监测时间开销；是信道状态稳态分布向量；是信道状态对应的传输速率向量；

则最优门限可以根据如下方式获取：对所有计算其中，是长度为(K-k)的单位列向量；确定使E[Φ(ψ_k)]最大的k值即为最优门限k^*。

5.根据权利要求4所述的一种机会信道接入与切换装置，其特征在于：还包括：

嵌入单元：数据流分成多个数据包依次传输，传输每个数据包的同时在其尾部嵌入训练序列；

实时探测单元：接收端接收到所述尾部嵌入了训练序列的数据包，根据数据包尾部的训练序列获得当前信道的实时信道状态，并通过ACK数据包将实时信道状态反馈给发送端，发送端与接收端判断数据流是否传输结束，如果是，则发送端发送一个传输终止信号给接收端，双方结束传输过程，否则，判断该实时信道状态是否大于或等于所述最优门限k^*，如果是，则继续在当前信道进行数据流的传输，否则，发送端与接收端根据共享的信道探测顺序切换信道，寻找并探测下一个空闲信道。

6.根据权利要求4所述的一种机会信道接入与切换装置，其特征在于：还包括：

准备单元：发送端需要发送数据流时，在控制通道发送一个RTS数据包给接收端；接收端停留在控制通道并做好接收数据流准备时，给发送端回复一个CTS数据包，以实现发送端与接收端共享信道探测顺序；

探测单元：发送端和接收端根据共享的信道探测顺序对信道进行探测，首先探测信道探测顺序的第一个信道，判断信道是否空闲，如果是，则发送端经该空闲信道向接收端发送包含训练序列的RTS数据包，否则，切换到所述信道探测顺序中的下一个信道继续探测，直到探测到空闲信道。