使用TVWS的认知TD-LTE中频谱切换次数最小化的频谱聚合方法

摘要

本发明给出了一种使用TVWS(TV White Space）的认知TD-LTE(时分双工长期演进系统)中频谱切换次数最小化的频谱聚合方法。为实现该方法，本发明实例提供了一种频谱聚合区域切换概率估算方法。所述方法通过在为用户聚合频谱资源时考虑频谱切换的概率，相比于传统的频谱聚合方法，认知TD-LTE系统减少了感知周期间的频谱切换次数，从而减少了频谱切换的控制开销。

主权项

一种使用TVWS(TV White Space)的认知TD‑LTE(时分双工长期演进系统)中频谱切换次数最小化的频谱聚合方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，系统初始，第一次为用户聚合频谱资源，不需要进行频谱切换，跳到S3；S2，检查所有工作的用户是否需要进行频谱切换，如果存在需要频谱切换的用户，将它们标记为请求接入的用户，并释放其占用的频谱资源；S3，检查所有可能的频谱聚合区域，采用频谱聚合区域切换概率估算方法来计算所有可能的频谱聚合区域的切换概率，找到频谱切换概率最小的频谱聚合区域，为请求接入的用户分配该聚合区域的频谱资源,所述的频谱聚合区域切换概率估算方法包括以下步骤：步骤1，用ON‑OFF信源模型来为TVWS信道状态建模；步骤2，计算相邻两个频谱检测得到的信道状态间的转移概率；步骤3，采用渐进分析的方式估算频谱聚合区域的切换概率,包括以下步骤：把感知周期T_S平均划分成k个相等的时间片；k值取得足够大，以保证每个时间片内最多只有一个信道状态发生了变化；在时间片T_S/k中，将聚合区域内的空闲信道个数B值的变化表示为三种：B保持不变，B增加到B+1，B减小到B‑1，相应地三种变化的概率分别定义为P_hold，P_up和P_down；计算P_down：一个空闲信道状态保持不变的概率为$P_{11}=\sqrt[R]{\underset{i=i_{s\mathrm{ta}rt}}{\overset{i_{start}+R-1}{\Pi }}{P}_{11}^i\left(T_S\right)}$其中i_start是聚合区域起始的信道，R是频谱聚合范围大小,是信道状态1保持不变的概率；所有空闲信道继续保持空闲的概率为(P₁₁)^MDB，那么至少有一个空闲信道变成被占用的概率为$P_{down}=1-{\left(P_{11}\right)}^{MDB}=1-{\left(\sqrt[R]{\underset{i=i_{s\mathrm{ta}rt}}{\overset{i_{start}+R-1}{\Pi }}{P}_{11}^i\left(T_S\right)}\right)}^{MDB}$其中MDB为用户最小工作带宽；计算P_up：$P_{up}=1-{\left(P_{00}\right)}^{R-MDB}=1-{\left(\sqrt[R]{\underset{i=i_{s\mathrm{ta}rt}}{\overset{i_{start}+R-1}{\Pi }}{P}_{00}^i\left(T_S\right)}\right)}^{R-MDB}$其中P₀₀是一个被占用信道保持被占用状态的概率,是信道状态0保持不变的概率；计算P_hold：P_hold＝1‑P_up‑P_down在感知周期T_S内，在频谱聚合区域内信道状态变化的总次数空闲信道数目的l次减少和H‑l次增加对应的概率为$\mathrm{Pr}\{H_{decrease}=l\}=C_H^l{\left(\frac{P_{down}}{P_{up}+P_{down}}\right)}^l{\left(\frac{P_{up}}{P_{up}+P_{down}}\right)}^{H-l}$其中H_decrease＝l表示空闲信道数目减少l次，当l＞H‑l时，聚合区域内可用带宽值B大于等于用户最小工作的带宽MDB的条件就不再满足，频谱切换发生，则频谱聚合区域频谱切换概率可表示为：S4，如果没有其他请求接入的用户或者不存在其他的可能的频谱聚合区域，则跳到S5，否则跳回S3；S5，一个感知周期的频谱切换和频谱聚合工作完成，等待下个感知周期到来时跳回S2。