專利名稱：基于業務需求的多尺度頻譜接入方法
技術領域：
本發明屬于多媒體通信技術領域，涉及認知無線電系統中基可變長于Markov模型的頻譜預測方法和頻譜接入策略，具體指的是基于業務需求的多尺度頻譜接入方法。
背景技術：
隨著無線通信業務的迅速發展，固定頻譜分配策略引起的大量頻譜資源的浪費與頻譜資源緊缺之間的矛盾日趨明顯，由此認知無線電(CognitiveRadio,CR)技術應運而生。認知無線電系統通過對周圍頻譜的感知和動態接入，以實現頻譜資源的有效共享。其中，頻譜接入技術用于解決是否接入及如何接入空閑頻譜的問題，是提高認知無線電系統頻譜利用率的核心技術。傳統的頻譜接入方式僅根據當前的信道狀態做出決策，容易引起主次用戶的信道沖突，屬于被動式的頻譜接入方式。基于預測的主動式頻譜接入方式，根據信道的先驗知識對未來的信道狀態進行預測，進而指導次用戶的頻譜接入，能有效提高無線通信的 QoS。現有的基于Markov模型的頻譜預測算法存在各種各樣的問題:I階Markov模型下一時刻的狀態僅與當前的狀態有關，預測能力有限；N階Markov模型隨著階數的增加，計算復雜度以指數級增長；HMM模型的訓練需要大的訓練樣本，增加了復雜度；P0MDP復雜度較高，只適合小規模問題。此外，它們僅僅對信道下一個時隙的狀態進行預測，對未來更遠的頻譜狀態未考慮，然而主用戶可能在下一個時隙之后重新出現，次用戶需要立刻退出當前信道，造成頻繁的頻譜切換。由于頻譜選擇、重新配置工作參數等一系列原因，頻譜切換會產生一定的切換延遲，不可避免地導致臨時的通信中斷，降低次用戶自身的QoS，而且會對具有頻譜優先使用權的主用戶產生干擾，此外，頻繁的協議交換還會增加系統的開銷，造成整個系統性能的下降。因此，選擇空閑信道接入時，要考慮到未來多個時隙信道空閑概率的變化，盡量降低可能的頻譜切換概率。然而現有的預測算法還不夠完善，選擇一個合適的預測算法對認知無線電系統的性·能改善有著至關重要的作用。多用戶多業務的情況下，不同業務對頻譜空穴的時長需求是不一樣的，而目前的頻譜接入策略主要針對次用戶信道選擇過程進行分析，未對次用戶接入的頻譜空穴的長短進行討論。現有的頻譜接入策略對次用戶的可用頻譜范圍、信道沖突、信道增益等問題進行了重點研究，然而某一類認知業務可能出現相似的頻譜使用方式，如果次用戶盲目進行頻譜接入，不僅會影響認知業務的QoS，同時也有可能降低頻譜空穴的利用率。例如，將業務需求較長時間的次用戶接入連續可用時隙較少的信道，會導致次用戶在多個不同信道中的頻繁切換；同樣，將業務需求較短時長的次用戶接入連續可用時隙較多的信道，會導致頻譜空穴利用率底等問題。可見，盲目的頻譜接入將導致次用戶在多個信道之間頻繁的切換，抵消掉前期信道選擇過程中對性能的改善，同時，次用戶業務需求與信道連續可用時隙的不匹配還會帶來大量可用頻譜的浪費。為此，本發明利用可變長Markov模型中概率后綴樹(Probabilistic SuffixTree, PST)對信道的狀態進行多尺度預測，在此基礎上提出了一種新的基于業務需求的多尺度頻譜接入方法。

發明內容
本發明針對上述技術問題，提出了基于業務需求的多尺度頻譜接入方法。本發明為解決上述技術問題，采用如下技術方案:基于業務需求的多尺度頻譜接入方法，其特征在于，所述方法包括步驟如下:步驟A，構建PST狀態樹；次用戶獲取授權信道使用狀態統計信息，經采樣轉換為二進制序列，作為構建PST狀態樹的訓練序列，并通過學習過程構建PST狀態樹；用含有不同字符個數的字符串s標識PST狀態樹中的節點，字符串s中字符個數Ns不大于D，D表示Markov模型的最大記憶數量，用o表示字符，添加到PST狀態樹中的字符串s需滿足以下三個約束條件:訓練序列中字符串s發生的概率P(S):
權利要求
1.基于業務需求的多尺度頻譜接入方法，其特征在于，所述方法包括步驟如下:步驟A，構建PST狀態樹； 次用戶獲取授權信道使用狀態統計信息，經采樣轉換為二進制序列，作為構建PST狀態樹的訓練序列，并通過學習過程構建PST狀態樹； 用含有不同字符個數的字符串s標識PST狀態樹中的節點，字符串s中字符個數Ns不大于D，D表示Markov模型的最大記憶數量，用o表示字符，添加到PST狀態樹中的字符串s需滿足以下三個約束條件: 訓練序列中字符串s發生的概率P(S):
全文摘要
本發明提出了基于業務需求的多尺度頻譜接入方法。所述方法根據信道使用狀態二進制序列學習構建PST狀態樹，考慮認知無線電系統中業務需求差異，利用可變長Markov模型中PST對信道的狀態進行多尺度預測，進而指導頻譜接入策略。本發明中的PST算法對復雜序列數據建模，方法簡單適合用于分析，并且學習過程具有很好的理論性能保證，預測準確度高；根據認知業務需求通過PST對信道的狀態進行多尺度預測，從而使次用戶優先接入與其業務需求匹配的信道，能有效降低主次用戶的沖突率，改善無線通信的QoS，提高頻譜的利用率。
文檔編號H04W24/00GK103249050SQ201310134450
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月17日 優先權日2013年4月17日
發明者張暉, 劉偉, 楊龍祥, 朱洪波 申請人:南京郵電大學