專利名稱：認知無線電系統(tǒng)中基于隱馬爾可夫模型的頻譜接入方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線電通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種認知無線電系統(tǒng)中基于隱馬爾可夫模型的頻譜接入方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著無線頻譜需求的迅速增長，認知無線電，作為能夠解決有限頻譜資源和寬帶服務需求不斷增長矛盾的有效途徑，得以快速發(fā)展。認知無線電由軟件無線電的概念演變而來，它允許未授權(quán)的用戶(又稱為次級用戶)利用具有認知功能的設備感知周圍的無線環(huán)境并自適應的調(diào)整物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸參數(shù)，使得次級用戶能夠在不對授權(quán)用戶(又稱為主用戶)造成干擾的條件下接入到主用戶的空閑頻段進行通信，有效提高了頻譜的利用率，解決了當前的頻譜危機，因而在工業(yè)界和學術(shù)界都得到了廣泛關(guān)注。然而，由于無線信道具有隨機時變的特性，信道狀態(tài)很難被完全觀測到，并且在做出頻譜接入決策時會涉及到能量消耗的問題。因此，如何根據(jù)無線信道的狀態(tài)動態(tài)地選擇一種頻譜接入方式，既能提高頻譜利用率又可以使得能量消耗最小，是一個很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。盡管在認知無線電領(lǐng)域已經(jīng)進行了一些關(guān)于頻譜感知和動態(tài)頻譜接入的研究工作，然而這些方法都假設信道狀態(tài)是可以完全觀測的，并根據(jù)當前時刻的信道狀態(tài)為下一數(shù)據(jù)幀的傳輸做出頻譜接入決策，這些方法可歸結(jié)為機會頻譜接入方法。由于移動無線信道的隨機時變特性，根據(jù)當前時刻的信道狀態(tài)選擇的頻譜接入方式對下一數(shù)據(jù)幀而言并非是最優(yōu)策略，因此有文章提出用有限狀態(tài)馬爾可夫鏈描述無線衰落信道，該模型假設信道狀態(tài)和轉(zhuǎn)移概率完全已知。然而，實際無線網(wǎng)絡中，信道狀態(tài)不能完全觀測，只能通過接收信號的信噪比來估計。此外，大部分已有的頻譜接入方法都將感知效率和頻譜利用率作為系統(tǒng)設計的目標，沒有考慮能耗問題。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提供一種認知無線電系統(tǒng)中基于隱馬爾可夫模型的頻譜接入方法，以降低頻譜接入過程的能量消耗。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種認知無線電系統(tǒng)中基于隱馬爾可夫模型的頻譜接入方法，其包括步驟A :建立隱馬爾可夫模型；B:根據(jù)頻譜感知獲得的信道觀測值，對所述隱馬爾可夫模型的參數(shù)進行訓練更新；C :根據(jù)馬爾可夫決策原理建立頻譜接入的長期累積報償方程；D :根據(jù)所述隱馬爾可夫模型的參數(shù)求解所述長期累積報償方程，得到索引值最小的接入動作，按照所述索引值最小的接入動作接入相應的頻譜。
優(yōu)選地，所述步驟A具體包括步驟Al :定義N個可用無線信道IC1, C2, , CN}，將全部傳輸時間分為T個時隙， te {1,2,...T}表示需要做出頻譜接入決策的時刻；N和T均為非O自然數(shù)；A2 :定義所述無線信道具有的K個狀態(tài)構(gòu)成狀態(tài)空間S，s(t)表示所述無線信道在t時刻的狀態(tài)，Pu表示所述無線信道從t時刻的狀態(tài)i轉(zhuǎn)移到(t+Ι)時刻的狀態(tài)j的概率，構(gòu)造KXK階信道狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣如下P = [PiJ] κχκ其中，O≤pi.j≤1,
權(quán)利要求
1.一種認知無線電系統(tǒng)中基于隱馬爾可夫模型的頻譜接入方法，其特征在于，包括步驟A :建立隱馬爾可夫模型；B :根據(jù)頻譜感知獲得的信道觀測值，對所述隱馬爾可夫模型的參數(shù)進行訓練更新；C :根據(jù)馬爾可夫決策原理建立頻譜接入的長期累積報償方程；D :根據(jù)所述隱馬爾可夫模型的參數(shù)求解所述長期累積報償方程，得到索引值最小的接入動作，按照所述索引值最小的接入動作接入相應的頻譜。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟A具體包括步驟Al :定義N個可用無線信道IC1, C2, , CN}，將全部傳輸時間分為T個時隙，t e {I, 2,... T}表示需要做出頻譜接入決策的時刻；N和T均為非O自然數(shù)；A2 :定義所述無線信道具有的K個狀態(tài)構(gòu)成狀態(tài)空間S，s (t)表示所述無線信道在t時刻的狀態(tài)，Pij表示所述無線信道從t時刻的狀態(tài)i轉(zhuǎn)移到(t+Ι)時刻的狀態(tài)j的概率，構(gòu)造KXK階信道狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣如下P = [Pij] κχκ其中，O彡P(guān)ij彡I,
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟B具體包括步驟BI:定義在tNe {1,2, ..., T}時刻得到所述無線信道的狀態(tài)序列SSn= (SU1), S (t2)，· · ·，s (tN)},觀測值序列為 ΘΝ = { Θ (ti), Θ (t2), , θ (tN)}；Β2 :定義前向變量表示得到終止狀態(tài)為j的觀測值序列的概率，并且tn e {I, 2，· · ·，T}，I 彡 tn 彡 tN 彡 T 則
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟C具體包括步驟Cl :根據(jù)接收信號的平均信噪比，得到無線通信的誤比特率Pb的計算公式如下
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟D具體包括步驟Dl :將所述長期累積報償方程轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃表達式如下
全文摘要
本發(fā)明公開了一種認知無線電系統(tǒng)中基于隱馬爾可夫模型的頻譜接入方法，涉及無線電通信領(lǐng)域。所述方法包括步驟建立隱馬爾可夫模型；根據(jù)頻譜感知獲得的信道觀測值，對所述隱馬爾可夫模型的參數(shù)進行訓練更新；根據(jù)馬爾可夫決策原理建立頻譜接入的長期累積報償方程；根據(jù)所述隱馬爾可夫模型的參數(shù)求解所述長期累積報償方程，得到索引值最小的接入動作，按照所述索引值最小的接入動作接入相應的頻譜。所述方法，通過頻譜感知得到信道狀態(tài)的觀測值，基于隱馬爾可夫模型得到耗能最小的頻譜接入策略，從而有效降低了頻譜接入過程的能量消耗，具有廣泛的應用前景。
文檔編號H04W74/08GK102595570SQ20121000767
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者于非, 劉寧寧, 劉建玲, 劉洋, 宋梅, 張勇, 滕穎蕾, 滿毅, 王莉, 馬躍, 魏翼飛 申請人:北京郵電大學