專利名稱：認知無線電系統中基于隱馬爾可夫模型的頻譜接入方法
技術領域：
本發明涉及無線電通信技術領域，特別涉及一種認知無線電系統中基于隱馬爾可夫模型的頻譜接入方法。
背景技術：
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境并自適應的調整物理層和數據鏈路層的傳輸參數，使得次級用戶能夠在不對授權用戶(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，因而在工業界和學術界都得到了廣泛關注。然而，由于無線信道具有隨機時變的特性，信道狀態很難被完全觀測到，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，如何根據無線信道的狀態動態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，是一個很大的技術挑戰。盡管在認知無線電領域已經進行了一些關于頻譜感知和動態頻譜接入的研究工作，然而這些方法都假設信道狀態是可以完全觀測的，并根據當前時刻的信道狀態為下一數據幀的傳輸做出頻譜接入決策，這些方法可歸結為機會頻譜接入方法。由于移動無線信道的隨機時變特性，根據當前時刻的信道狀態選擇的頻譜接入方式對下一數據幀而言并非是最優策略，因此有文章提出用有限狀態馬爾可夫鏈描述無線衰落信道，該模型假設信道狀態和轉移概率完全已知。然而，實際無線網絡中，信道狀態不能完全觀測，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設計的目標，沒有考慮能耗問題。

發明內容
(一 )要解決的技術問題本發明要解決的技術問題是如何提供一種認知無線電系統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 )技術方案為解決上述技術問題，本發明提供一種認知無線電系統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進行訓練更新；C :根據馬爾可夫決策原理建立頻譜接入的長期累積報償方程；D :根據所述隱馬爾可夫模型的參數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；A2 :定義所述無線信道具有的K個狀態構成狀態空間S，s(t)表示所述無線信道在t時刻的狀態，Pu表示所述無線信道從t時刻的狀態i轉移到(t+Ι)時刻的狀態j的概率，構造KXK階信道狀態轉移概率矩陣如下P = [PiJ] κχκ其中，O≤pi.j≤1,
權利要求
1.一種認知無線電系統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進行訓練更新；C :根據馬爾可夫決策原理建立頻譜接入的長期累積報償方程；D :根據所述隱馬爾可夫模型的參數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；A2 :定義所述無線信道具有的K個狀態構成狀態空間S，s (t)表示所述無線信道在t時刻的狀態，Pij表示所述無線信道從t時刻的狀態i轉移到(t+Ι)時刻的狀態j的概率，構造KXK階信道狀態轉移概率矩陣如下P = [Pij] κχκ其中，O彡Pij彡I,
3.如權利要求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化為線性規劃表達式如下
全文摘要
本發明公開了一種認知無線電系統中基于隱馬爾可夫模型的頻譜接入方法，涉及無線電通信領域。所述方法包括步驟建立隱馬爾可夫模型；根據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進行訓練更新；根據馬爾可夫決策原理建立頻譜接入的長期累積報償方程；根據所述隱馬爾可夫模型的參數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 優先權日2012年1月11日
發明者于非, 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