CN106455074B - 一种认知无线电频谱资源分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种认知无线电频谱资源分配方法，包括如下步骤：步骤一，初始化并收集频谱可用信息；步骤二，根据步骤一种获得的可用信息进行频谱分组，建立频谱库；步骤三，根据步骤二中获得频谱库根据优先级标签进行分配，分配时优先分配优先组内频谱。本发明的认知无线电频谱资源分配方法，通过步骤一的设置，就可以有效的收集到可用频谱，通过步骤二的设置就可以对频谱进行分类，构建频谱库，通过步骤三的设置，就可以有效的根据频谱库内来进行频谱分配了，有效的实现了空闲频谱优先分配，有效的避免了现有技术中认知用户数据丢失、跳频成本提升的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种认知无线电技术，更具体的说是涉及一种认知无线电频谱资源分配方法。
背景技术
无线通信中频谱资源是非常重要的基础，而由于现在的无线通信技术的普及，目前现有的频谱资源基本上分配殆尽，而接下来随着无线通信业务需求的快速增长，目前可分配频谱资源变得越来越稀缺，特别是随着无线局域网、无线个域网等技术的迅猛发展，各种数据及多媒体业务对带宽的需求也越来越迫切。
因而现有提出了一种认知无线电，通过利用每个分配的频谱空闲时候来满足人们对频谱资源的要求，而在认知无线电工作的过程中主要分为2种用户，一种为主用户，既是该频谱资源的授权用户，另一种是认知用户，就是频谱资源的未授权用户，通过频谱分配算法将认知用户分配到空闲的主用户的频谱上，在该频谱主用户需要使用的时候，再将该认知用户跳频到另外一个频谱上，这样就很容易出现在主用户需要适用频谱的时候，该频谱的认知用户还在占用频谱，这样就很容易导致主用户的频谱使用受到影响，同时对跳频的频率速度要求很高，这样就会导致跳频系统的成本提升，而且也可能出现在认知用户在利用频谱传输数据的时候，跳频系统进行跳频，导致认知用户数据丢失的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种有效的避免主用户的使用受到影响，降低跳频系统成本和认知用户数据丢失的认知无线电频谱资源分配方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种认知无线电频谱资源分配方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，初始化并收集频谱可用信息，其中，可用信息包括频谱可用次数和每次可用时间；
步骤二，根据步骤一种获得的可用信息进行频谱分组，其中，可用次数多、每次可用时间短划分为接入组，可用次数少、每次可用时间长划分为数据组，可用次数多、每次可用时间长划分为优先组，可用次数少、每次可用时间短划分为备用组，并给每组分配优先级标签，建立频谱库；
步骤三，根据步骤二中获得频谱库根据优先级标签进行分配，分配时优先分配优先组内频谱，在优先组内频谱分配完以后先分配接入组内频谱，并检测分配接入组内频谱认知用户的数据传输量，当数据传输量超过阈值时，重新分配数据组内频谱替换原有的接入组内频谱，未超过阈值则不改变分配，当优先组、接入组、数据组内频谱资源全部分配完以后，则分配备用组内频谱。
作为本发明的进一步改进，所述步骤一中频谱可用信息收集步骤如下：
1、测量某一频谱频域内接收信号的总能量值X(t)，之后对该能量值X(t)进行带通滤波后平方，平方后积分，积分后输入到门限比较器内比较，若X(t)大于门限内阈值则表示该频谱为不可用频谱，反之则为可用频谱；2、设定次数常数n，时间常数t，当步骤1中X(t)判断为可用频谱的时候，次数常数n加1，时间常数t进行一秒加1进行累加计算，当步骤1中X(t)判断为不可用频谱的时候，时间常数t停止计数，获得计数完成的时间常数tx，tx即为频谱每次可用时间，当步骤1中X(t)判断为不可用频谱时，次数常数n继续加1，时间常数t复位后重新计数，循环y次后获得次数计数完成的次数常数ny，即为频谱可用次数。
作为本发明的进一步改进，所述步骤1中的带通滤波的带宽长度确定步骤如下：a、选择某一频谱主用户；
b、在主用户发送信号时检测频谱的能量X(t)h，作为带宽能量最大值；
c、在主用户未发送信号时检测频谱的能量X(t)l，作为带宽能量最小值，将X(t)h减去X(t)l获得带宽长度。
作为本发明的进一步改进，所述步骤二中可用次数和每次可用时间判断分组步骤如下：
21、设定频谱某一时间段内可用次数阈值nt和每次可用时间阈值tx1，通过步骤2计算得出频谱同一时间段的可用次数ny和每次可用时间tx；
22、将nt的数值与ny的数值相比较，将tx的数值与tx1的数值相比较，若nt的数值大于ny的数值，则表示该频谱为可用次数多，反之则为可用次数少，若tx的数值大于tx1，则表示该频谱为每次可用时间长，反之则为每次可用时间短；
23、根据步骤22获得结论和步骤二中的分配规则对频谱进行分组，获得判断结论，并返回步骤21对接下来时间段的频谱可用次数和每次可用时间继续分组判断，当频谱分组判断结论相同次数超过阈值的时候，将该频谱分组输入到频谱库内更新频谱库。
作为本发明的进一步改进，所述步骤21中的的时间段为一周时间。
作为本发明的进一步改进，所述次数阈值nt数值为4，所述每次可用时间阈值tx1数值为5。
作为本发明的进一步改进，所述步骤二中的优先级标签由以下公式计算得出：C1＝[ny＞nt，tx＞tx1]；
C2＝[ny＜nt，tx＞tx1]；
C3＝[ny＞nt，tx＜tx1]；
C4＝[ny＜nt，tx＜tx1]；
其中，C1为优先组标签，C2为数据组标签，C3为接入组标签，C4为备用组标签，nt为可用次数阈值，ny为可用次数，tx为每次可用时间，tx1为每次可用时间阈值。
本发明的有益效果，通过步骤一的设置，就可以有效的进行初始化，并可以准确有效的收集到一个频谱的可用信息，通过步骤二而设置，就可以有效的将步骤一中收集到的频谱根据每个频谱的可用信息进行分组，在分组完成以后建立频谱库，之后通过步骤三的设置，就可以有效的根据步骤二中所获得的频谱库来进行分优先级分配，其中，优先组内的频谱属于不常用频谱，因而进行优先分配一方面可以有效的保证认知用户的频谱使用，另一方面也可以尽可能的减少对主用户使用产生的影响，而接入组内的频谱可以有效的提供给短期使用的认知用户，数据组内频谱可以有效的提供给需要传输数据的认知用户足够的传输时间，避免了现有技术中因为传输时间不够导致的认知用户数据丢失的问题，同时也不会出现影响主用户对频谱的使用的问题。
具体实施方式
下面将所给出的实施例对本发明做进一步的详述。
本实施例的一种认知无线电频谱资源分配方法，包括如下步骤：
步骤一，初始化并收集频谱可用信息，其中，可用信息包括频谱可用次数和每次可用时间；
步骤二，根据步骤一种获得的可用信息进行频谱分组，其中，可用次数多、每次可用时间短划分为接入组，可用次数少、每次可用时间长划分为数据组，可用次数多、每次可用时间长划分为优先组，可用次数少、每次可用时间短划分为备用组，并给每组分配优先级标签，建立频谱库；
步骤三，根据步骤二中获得频谱库根据优先级标签进行分配，分配时优先分配优先组内频谱，在优先组内频谱分配完以后先分配接入组内频谱，并检测分配接入组内频谱认知用户的数据传输量，当数据传输量超过阈值时，重新分配数据组内频谱替换原有的接入组内频谱，未超过阈值则不改变分配，当优先组、接入组、数据组内频谱资源全部分配完以后，则分配备用组内频谱，在使用本实施例的方法分配频谱的时候，首先通过步骤一将网络中频谱的可用次数和每次可用时间准确有效的收集过来，然后通过步骤二中根据收集到的可用次数和每次可用时间，对网络上的频谱进行有效的分类，在分类完成以后通过步骤三就可以对步骤二中分类好的频谱进行分优先级分配，这样就避免了将经常使用的频谱分配给认知用户，导致认知用户传输时间不够导致的数据丢失的问题，同时也避免了主用户使用的时候，频谱被占用的问题，这样就可以有效的实现优先利用较为空闲的频谱资源，这样一方面避免了某些频谱过于紧张的问题，同时还增加了整个频谱资源的分配效率，实现了多阶段分配频谱的方式，效率比现有的频谱分配更高。
作为改进的一种具体实施方式，所述步骤一中频谱可用信息收集步骤如下：
1、测量某一频谱频域内接收信号的总能量值X(t)，之后对该能量值X(t)进行带通滤波后平方，平方后积分，积分后输入到门限比较器内比较，若X(t)大于门限内阈值则表示该频谱为不可用频谱，反之则为可用频谱；
2、设定次数常数n，时间常数t，当步骤1中X(t)判断为可用频谱的时候，次数常数n加1，时间常数t进行一秒加1进行累加计算，当步骤1中X(t)判断为不可用频谱的时候，时间常数t停止计数，获得计数完成的时间常数tx，tx即为频谱每次可用时间，当步骤1中X(t)判断为不可用频谱时，次数常数n继续加1，时间常数t复位后重新计数，循环y次后获得次数计数完成的次数常数ny，即为频谱可用次数，因为主用户在使用和没有使用信道的时候，信道上的能量差别是非常大的，因而通过收集信号的总能量值X(t)就可以有效的得知此时该频谱是否处于空闲状态，这样就可以有效的实现对频谱是否空闲的检测，而通过次数常数n和时间常数t的设置，就可以有效的在检测频谱是否空闲的时候一起检测到可用次数和每次可用时间了，就不需要额外的去专门检测，有效的降低了成本。
作为改进的一种具体实施方式，所述步骤1中的带通滤波的带宽长度确定步骤如下：
a、选择某一频谱主用户；
b、在主用户发送信号时检测频谱的能量X(t)h，作为带宽能量最大值；
c、在主用户未发送信号时检测频谱的能量X(t)1，作为带宽能量最小值，将X(t)h减去X(t)1获得带宽长度，一般情况下空闲的频谱中的能量只有少数的能量，在主用户使用频谱的时候，其能量就会升高，其上升的能量就是主用户发送信号产生的能量，因而选用检测一个信道的已知的主用户能量最大值和能量最小值就可以有效的获得带宽长度，如此就可以有效的滤除频谱中的一些干扰能量，避免了对频谱空闲的判断出现误判的问题，有效的起到带通滤波的效果，更能够准确有效的实现检测出此时频谱是否空闲的效果。
作为改进的一种具体实施方式，所述步骤二中可用次数和每次可用时间判断分组步骤如下：
21、设定频谱某一时间段内可用次数阈值nt和每次可用时间阈值tx1，通过步骤2计算得出频谱同一时间段的可用次数ny和每次可用时间tx；
22、将nt的数值与ny的数值相比较，将tx的数值与tx1的数值相比较，若nt的数值大于ny的数值，则表示该频谱为可用次数多，反之则为可用次数少，若tx的数值大于tx1，则表示该频谱为每次可用时间长，反之则为每次可用时间短；
23、根据步骤22获得结论和步骤二中的分配规则对频谱进行分组，获得判断结论，并返回步骤21对接下来时间段的频谱可用次数和每次可用时间继续分组判断，当频谱分组判断结论相同次数超过阈值的时候，将该频谱分组输入到频谱库内更新频谱库，通过可用次数阈值nt和每次可用时间tx的设置，就可以有效的判断频谱的可用信息情况，同时通过步骤23的设置，就可以有效的对频谱库内的频谱进行及时有效的更新，实现了一个自学习的效果，因为主用户在每一个时间段内对频谱的使用状态都是可变的，因而通过系统的自我学习，就可以有效避免了主用户对某一频谱变成了经常使用状态时，还优先分配该频谱导致的影响主用户使用的问题。
作为改进的一种具体实施方式，所述步骤21中的的时间段为一周时间，一周时间包含了一个人的工作和休息时间，因而可以有效的判断出人对频谱的使用频率，若是设定超过一周时间，那么就出现时间过长，无法很好的及时分配频谱的问题，而若是短于一周时间，那么很容易出现某个主用户只是某次未使用频谱使得分组出现误判的问题。
作为改进的一种具体实施方式，所述次数阈值nt数值为4，所述每次可用时间阈值tx1数值为5，一周时间总共有7天，每天基本都会有休息时刻，每天使用频谱的话，那么次数应该是7次，因而当某一频谱一周使用次数多于半数的时候，就表示该频谱处于较为空闲的状态，而根据目前的数据传输速度，5个小时足够传输较大的数据，因而将可用时间阈值tx1设置成5，就可以有效的避免现有技术中因为数据传输时间不够导致的数据丢失的问题。
作为改进的一种具体实施方式，所述步骤二中的优先级标签由以下公式计算得出：
C1＝[ny＞nt，tx＞tx1]；
C2＝[ny＜nt，tx＞tx1]；
C3＝[ny＞nt，tx＜tx1]；
C4＝[ny＜nt，tx＜tx1]；
其中，C1为优先组标签，C2为数据组标签，C3为接入组标签，C4为备用组标签，nt为可用次数阈值，ny为可用次数，tx为每次可用时间，tx1为每次可用时间阈值，通过上述公式就可以有效的根据步骤二中的分配规则计算得出分配优先级标签，然后将这些优先级标签附到相应的频谱上，这样就可以有效的通过优先级标签进行分配，而不需要边计算边分配，有效的增加了分配效率。
综上所述，通过步骤一、步骤二和步骤三的设置，就可以有效的通过步骤一收集频谱可用信息，通过步骤二根据可用信息进行分组分类建立起频谱库，然后通过步骤三的设置，就可以有效的根据步骤二中的频谱库进行分段分配了，避免了现有技术中主用户使用时频谱被占用，以及认知用户传输数据的时候出现跳频导致的数据丢失的问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种认知无线电频谱资源分配方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，初始化并收集频谱可用信息，其中，可用信息包括频谱可用次数和每次可用时间；
步骤二，根据步骤一种获得的可用信息进行频谱分组，其中，可用次数多、每次可用时间短划分为接入组，可用次数少、每次可用时间长划分为数据组，可用次数多、每次可用时间长划分为优先组，可用次数少、每次可用时间短划分为备用组，并给每组分配优先级标签，建立频谱库；
步骤三，根据步骤二中获得频谱库根据优先级标签进行分配，分配时优先分配优先组内频谱，在优先组内频谱分配完以后先分配接入组内频谱，并检测分配接入组内频谱认知用户的数据传输量，当数据传输量超过阈值时，重新分配数据组内频谱替换原有的接入组内频谱，未超过阈值则不改变分配，当优先组、接入组、数据组内频谱资源全部分配完以后，则分配备用组内频谱。
2.根据权利要求1所述的认知无线电频谱资源分配方法，其特征在于：所述步骤一中频谱可用信息收集步骤如下：
1、测量某一频谱频域内接收信号的总能量值X(t)，之后对该能量值X(t)进行带通滤波后平方，平方后积分，积分后输入到门限比较器内比较，若X(t)大于门限内阈值则表示该频谱为不可用频谱，反之则为可用频谱；
2、设定次数常数n，时间常数t，当步骤1中X(t)判断为可用频谱的时候，次数常数n加1，时间常数t进行一秒加1进行累加计算，当步骤1中X(t)判断为不可用频谱的时候，时间常数t停止计数，获得计数完成的时间常数tx，tx即为频谱每次可用时间，当步骤1中X(t)判断为不可用频谱时，次数常数n继续加1，时间常数t复位后重新计数，循环y次后获得次数计数完成的次数常数ny，即为频谱可用次数。
3.根据权利要求2所述的认知无线电频谱资源分配方法，其特征在于：所述步骤1中的带通滤波的带宽长度确定步骤如下：
a、选择某一频谱主用户；
b、在主用户发送信号时检测频谱的能量X(t)h，作为带宽能量最大值；
c、在主用户未发送信号时检测频谱的能量X(t)l，作为带宽能量最小值，将X(t)h减去X(t)l获得带宽长度。
4.根据权利要求3所述的认知无线电频谱资源分配方法，其特征在于：所述步骤二中可用次数和每次可用时间判断分组步骤如下：
21、设定频谱某一时间段内可用次数阈值nt和每次可用时间阈值tx1，通过步骤2计算得出频谱同一时间段的可用次数ny和每次可用时间tx；
22、将nt的数值与ny的数值相比较，将tx的数值与tx1的数值相比较，若nt的数值大于ny的数值，则表示该频谱为可用次数多，反之则为可用次数少，若tx的数值大于tx1，则表示该频谱为每次可用时间长，反之则为每次可用时间短；
23、根据步骤22获得结论和步骤二中的分配规则对频谱进行分组，获得判断结论，并返回步骤21对接下来时间段的频谱可用次数和每次可用时间继续分组判断，当频谱分组判断结论相同次数超过阈值的时候，将该频谱分组输入到频谱库内更新频谱库。
5.根据权利要求4所述的认知无线电频谱资源分配方法，其特征在于：所述步骤21中的的时间段为一周时间。
6.根据权利要求4或5所述的认知无线电频谱资源分配方法，其特征在于：所述次数阈值nt数值为4，所述每次可用时间阈值tx1数值为5。
7.根据权利要求6所述的认知无线电频谱资源分配方法，其特征在于：所述步骤二中的优先级标签由以下公式计算得出：
C1＝[ny＞nt，tx＞tx1]；
C2＝[ny＜nt，tx＞tx1]；
C3＝[ny＞nt，tx＜tx1]；
C4＝[ny＜nt，tx＜tx1]；
其中，C1为优先组标签，C2为数据组标签，C3为接入组标签，C4为备用组标签，nt为可用次数阈值，ny为可用次数，tx为每次可用时间，tx1为每次可用时间阈值。
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