CN108718221A - 一种vhf通信电台频谱池容量优化决策方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种VHF通信电台频谱池容量优化决策方法及系统，根据用户输入的信道总数量n、工作信道数量K、信道质量时变概率pE、信道质量时变范围s与信道选择的准确性要求Pcover参数，在VHF通信电台进行频谱感知获取信道质量之后，采用闭合模式序位覆盖概率计算方法，计算确定频谱池容量的最优值B。从而通信电台可根据该最优值从所感知的信道中按照信道质量从高到低选择B个信道作为频谱池，供后续从中选择信道进行数据通信，当频谱池中信道使用完毕，对时变参数进行动态调整。本发明方法能够在频谱感知获取信道质量之后，确定频谱池容量的最优值，让电台用户最大程度减少频谱迁移失效次数，并有效提高频谱利用效率，而且满足用户提出的信道选择准确性的要求。

Description

一种VHF通信电台频谱池容量优化决策方法及系统
技术领域
本发明涉及一种VHF通信电台频谱池容量优化决策方法，属于无线电技术与大数据交叉领域，具体涉及认知无线电VHF通信电台频谱池容量优化决策方法。
背景技术
频谱池，是指通信电台系统维护的一个信道集合，该集合中的各个信道作为频谱资源，可供通信电台在通信过程中选择使用。频谱池容量指频谱池的大小，过大的频谱池容易因为频谱质量时变特性导致频谱切换失效，降低通信效率，过小的频谱池则可能遗漏部分频谱质量较好的信道，浪费频谱资源，确定大小合适的频谱池容量是通信电台的一个重要决策内容。
2005年以来，随着频谱资源的日益短缺，认知无线电理论与技术迅速发展，各种频谱感知、频谱决策与迁移方法不断涌现。频谱决策是在频谱感知获取的信道质量基础上，决策系统各项技术参数，其中关键过程之一就是通过频谱感知获取信道质量后，将若干信道构建为一个频谱池，供通信电台在通信过程中选择使用。选择使用频谱池中信道的过程称为频谱迁移。传统上，通常采用采集外部环境因子的方法进行频谱感知。但是，这种被动的感知模式，准确率很难突破。针对该问题，申请人提出了基于主动探测模式的频谱信道探测方法，通过点对点信号发射与接收准确获取信道在传输路径上的信道衰减，从而评估信道质量，频谱感知准确率可提高到90％左右。虽然基于主动探测模式的频谱信道探测方法能够大幅度提高感知准确率，但是由于频谱资源的时变特性，仍然会有若干频谱质量非常高的信道被排除在频谱池之外。同时，也有部分频谱质量较低的信道可能进入到频谱池中。因此，提出一种频谱池容量优化决策方法，决策一个优化的频谱池容量，尽量减少频谱迁移次数的同时提高频谱利用率，是通信电台性能改进的一个重要方面。
针对上述通信电台频谱池容量优化决策的问题，现在解决方案仍旧依靠人工经验，选定一个具体的频谱池容量来维护频谱池。但是这种纯粹依靠人工经验确定频谱池容量的方法，缺乏理论依据，容易产生两个问题：一是选择的频谱池容量过小，从而遗漏通信质量更好的频谱资源；二是选择的频谱池容量过大，增加频谱迁移失效风险，降低系统效率。
发明内容
本发明技术解决问题：针对上述依靠人工经验确定电台频谱池容量方法的不足之处，提供一种VHF通信电台频谱池容量优化决策方法及系统，采用大数据技术，确定最佳的频谱池容量，确定最佳的频谱池容量，同时能够在频谱感知获取信道质量之后，确定频谱池容量的最优值，让电台用户最大程度减少频谱迁移失效次数，并有效提高频谱利用效率，而且满足用户提出的信道选择准确性的要求。
本发明采取的技术方案是：
VHF通信电台频谱池容量优化决策方法，首先为电台用户提供一个电台工作参数输入接口，让电台用户输入各项电台工作参数以及所期望的信道选择准确性要求Pcover；然后采用一种闭合模式序位覆盖概率计算方法计算确定频谱池大小的最优值B并传送给电台系统，电台系统接收到B后，在进行频谱感知测量获得信道质量后，按照信道质量底噪从高到低的顺序，选择其中B个信道作为频谱池，供通信过程中频谱迁移使用；最后在通信过程中，采用一种动态调整时变概率与时变范围的方法更新计算中需要使用的各项参数。
上述VHF通信电台频谱池容量优化决策方法，所述电台工作参数输入接口，电台用户通过该接口输入电台需要进行的频谱感知信道的总数量n，输入需要的工作信道数量K；输入信道质量在一定时间t之内可能发生变化的时变概率pE，输入信道质量在一定时间t之内可能发生变化的时变范围s；输入电台用户所期望的频谱池中信道选择的准确性要求Pcover。
上述VHF通信电台频谱池容量优化决策方法，所述一种闭合模式序位覆盖概率计算方法，是依据用户输入的所述频谱感知信道的总数量n、所述工作信道数量K、所述时变概率pE、所述时变范围s与所述准确性要求Pcover 5个参数，计算得到所述频谱池容量的最优值B。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明能够在频谱感知之后，确定频谱池容量的最优值B，最大程度减少频谱迁移失效次数、提高频谱利用率，并满足用户的频谱选择准确性要求。通过采用实验中的频谱感知数据进行测试，可将原来由人工设置的频谱池容量B从16减少到8，频谱迁移失效次数减少8次，频谱利用率提高20％左右。
附图说明
图1为本发明方法实现的流程图；
图2为本发明动态调整时变概率与时变程度的方法流程图。
具体实施方式
下面结合发明内容进一步提供本发明的实施例。
如图1所示，本发明方法开发了原型系统，该系统包括用户数据输入接口模块、频谱池容量决策模块和时变参数动态调整模块共计三个模块，下面是具体的操作过程。
(1)用户通过所述数据输入接口模块输入共计5个参数：信道总数量n；工作信道数量K；信道质量在一定时间t之内可能发生变化的时变概率pE；信道质量在一定时间t之内可能发生变化的时变范围s，即假定信道f，在第一次测量时的信道质量为x，那么在t时间后继续测量得到信道质量y，质量以概率(1-pE)保持不变，即y＝x，以概率pE发生变化，且以等概率在区间[max(-20,x-s),min(128,x+s)]上取值，即y等概率取区间[max(-20,x-s),min(128,x+s)]上的一个值；电台用户期望的信道选择准确性要求Pcover，要求Pcover小于1而且大于0。
(2)系统通过所述频谱池容量决策模块，按照以下步骤(2.1)～计算信道测量集大小最优值B。
(2.1)将K+1赋值给临时变量b。
(2.2)开始按照公式(1)计算概率pcover(K,b)，如果pcover(K,b)大于电台用户输入的信道选择准确性要求Pcover，则转到(2.4)；否则转到(2.3)。公式中的参数K、pE、s为用户输出的工作信道数量K、时变概率pE与时变范围s，i,j均为临时变量，Φ是标准正态分布累积函数；
(2.3)否则将b增加1，转到(2.2)；
(2.4)将B设置为b，结束。
(3)系统通过所述时变参数动态调整模块，在上一次确定的频谱池中信道资源使用完毕后，按照以下步骤调整时变概率pE与时变范围s：
(3.1)统计上一次确定的频谱池中各信道发生时变的时间ti，1≤i≤C，C为频谱池容量，按照公式(2)计算更新时变概率pE。公式中的参数pE为用户输出的时变概率pE；公式中的pE'表示整个频谱池中各个信道当前一段时间的总体时变概率；ti表示频谱池中第i个信道的变化时间；0.95与0.05均为线性组合因子，基于大量测试结果给出。
(3.2)统计上一次确定的频谱池中各信道发生时变的频谱质量变化范围si，1≤i≤C，C为频谱池容量，按照公式(3)计算更新时变范围s。公式中的参数s为用户输出的时变时变范围s；s'表示整个频谱池中各个信道当前一段时间的总体时变范围；si表示频谱池中第i个信道的变化范围；0.95与0.05均为线性组合因子，基于大量测试结果给出。
如图1所示，用户输入信道总数量n、工作信道数量K、时长t之内信道质量变化的时变概率pE和变化的时变范围s、信道选择准确性要求Pcover；然后按照公式(1)循环计算概率pcover(K,b)，求出使得pcover(K,b)>Pcover成立的最小b值，作为新的频谱池容量；如果原来的频谱池中的信道使用完毕，则执行时变参数动态调整模块。
如图2所示，时变参数动态调整模块是循环检查频谱池中的各个信道，分别计算各个信道的变化时间ti与变化范围si，然后分别按照公式(2)和(3)更新时变概率pE和变化的时变范围s。
本发明对VHF通信电台频谱池容量难确定问题，提出一种频谱池容量优化决策方法，该方法能够在信道探测之后，确定频谱池容量的最优值B，最大程度减少频谱切换失效次数，满足用户提出的信道选择准确性要求。
本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。
提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。

Claims (4)

1.一种VHF通信电台频谱池容量优化决策方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)首先为电台用户提供一个电台工作参数输入接口，让电台用户输入信道总数量n、工作信道数量K、信道质量时变概率pE、信道质量时变范围s与信道选择的准确性要求Pcover参数；
(2)然后采用一种闭合模式序位覆盖概率计算方法计算确定频谱池大小的最优值B并传送给电台系统；电台系统接收到最优值B后，在进行频谱感知测量获得信道质量后，按照信道质量底噪从高到低的顺序，按照最优值B选择B个信道作为频谱池；
(3)最后在通信过程中，采用一种动态调整时变概率与时变范围的方法更新计算所述信道质量时变概率pE与信道质量时变范围s。
2.根据权利要求书1所述的VHF通信电台频谱池容量优化决策方法，其特征在于：所述闭合模式序位覆盖概率计算方法实现如下，其中pcover(K,b)表示前K个质量最好的信道包含在大小为b的频谱池中的概率，pE是用户输入的信道质量时变概率，s是用户输入的信道质量时变范围，K是用户输入的工作信道数量，i,j均为临时变量，Φ是标准正态分布累积函数：
3.根据权利要求书1所述的VHF通信电台频谱池容量优化决策方法，其特征在于：所述动态调整时变概率与时变程度的方法结合频谱池中信道使用时统计的信道时变数据，计算出新的时变概率与时变范围，并与用户初始输入的时变概率与时变范围进行线性组合来更新时变概率与时变程度，具体实现如下：
(1)按照公式更新时变概率pE，ti表示频谱池中第i个信道的变化时间，1≤i≤C，C为频谱池容量，pE'表示整个频谱池中各个信道当前一段时间的总体时变概率；
(2)按照公式更新时变范围s，si表示频谱池中第i个信道的变化范围，1≤i≤C，C为频谱池容量，t是电台系统内部设定的信道变化时长，s'表示整个频谱池中各个信道当前一段时间的总体时变范围。
4.一种VHF通信电台频谱池容量优化决策系统，其特征在于：包括用户数据输入接口模块、频谱池容量决策模块和时变参数动态调整模块；
用户数据输入接口模块，为电台用户提供一个电台工作参数输入接口，让电台用户输入各项电台工作参数以及所期望的信道选择准确性要求Pcover；
频谱池容量决策模块，采用一种闭合模式序位覆盖概率计算方法计算确定频谱池大小的最优值B并传送给电台系统，电台系统接收到B后，在进行频谱感知测量获得信道质量后，按照信道质量底噪从高到低的顺序，选择其中B个信道作为频谱池，供通信过程中频谱迁移使用；
时变参数动态调整模块，在通信过程中，采用一种动态调整时变概率与时变程度的方法更新计算中需要使用的各项参数。
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