认知无线网络中的公共控制信道的建立方法研究
认知无线网络（CRN，Cognitive Radio Network）就是认知无线电的网络化。其本质在于将认知无线电（CR）的关键技术―环境感知、智能接入等―应用于无线通信网络的整体中去研究。CRN能够利用环境认知来获取环境信息，通过对环境信息进行处理和学习做出智能决策，并以此进行网络重构实现对无线环境的动态适应。
同其他所有的无线网络类似，CRN也需要通过一定的方式来实现网络节点之间的互相协调和控制以保证通信的正常进行，这就是公共控制信道产生的根本原因。简单地说，公共控制信道就是一个事先约定好的专门进行用户基本信息交换和控制指令下发的通信信道。随着网络技术的发展，无线网络中用于控制的开销越来越大，公共控制信道的重要性也就越发凸显。要想让一个无线网络能够正常工作，其公共控制信道的畅通和便捷是必不可少的。 与其他的无线网络相比，CRN的公共控制信道也有自己的特点，主要体现在以下几点：
（1）CRN的通信原理是CR，即对授权用户频谱“空穴”的二次利用。从这个角度讲，CRN公共控制信道的建立和使用也应当符合CR的基本原则，即不影响授权用户对该信道频率的正常使用。
（2）在不影响授权用户对频率的正常使用的前提下，CRN的控制信道也应当具备公共控制信道的一般特点，即信道畅通且可以被所有的网络节点方便的使用或者监听。
（3）相对于其他无线网络，CRN在公共控制中需要用到更多的环境参数和控制信息。
二、当前的研究现状
目前关于CRN公共控制信道的设计主要有以下三种方案。
（1）划分出一段专门的频谱作为公共控制信道。
（2）选择一段免执照频段作为公共控制信道。
（3）采用超宽带（UWB）技术进行信令传输，以做到不干扰其他用户。
这三种方案均有不尽人意之处。方案1严格意义上说已经不属于认知无线电的范畴；方案2虽然可以避免干扰授权用户，但是需要独占公共控制信道，并且可能会和其他使用免执照频段的设备产生串扰；方案3虽然解决了对授权用户的干扰以及来自其他设备的串扰的问题，但是与数据通信完全不同的通信系统又额外增加了系统的成本和复杂度。
当前在这一领域的研究，主要侧重点在减少认知无线网络用户对公共控制信道的依赖性上――如文献[2][3][4]分别提出了不同的能量检测协同算法，以在满足认知用户基本性能需要的前提下尽可能的减小降低对控制信道的依赖；但是对公共控制信道建立方法自身的研究还开展的比较少。虽然文献[5]提出了ad hoc模式下的CRN基于博弈论的公共控制信道信道建立算法。但是该算法和其他的公共控制信道建立算法类似，有计算复杂度高，在认知用户节点（PU）增加时性能下降较为严重的缺点，缺乏实际应用的价值。
/*以下内容为摘要
本文正是针对目前对CRN公共控制信道研究较少的现状，提出了一种认知无线网络在不增加额外成本，不采用其他通信方式，不影响授权用户使用的前提下快速建立公共控制信道的方法。
本文通过网络行为仿真软件OPNET建立了一套完整的系统模型，在此基础上完成了对此公共控制信道信道建立方法的可行性的验证。并根据仿真结果设计了一个最优化方案选择公式，并以此为基础确定了预设公共控制信道数目这一主要参数
摘要部分结束
三、研究场景介绍
针对当前的研究现状，笔者提出了一种简单快速的CRN建立公共控制信道的方法。在
CRN中，公共控制信道也应该是具有认知特性的，不能干扰到授权用户的正常使用，因此公共控制信道也应当是动态的。
本文所设置的研究场景为：CRN为基站（BS）集中式控制下的P2P通信网络。即由基站负责覆盖区域认知信道的检测，并在收到来自认知节点的通信请求后向收发双方认知节点下发通信许可和最优通信频谱。假设所有的CRN节点（包括基站）均可以与其他节点建立通信，忽略隐终端和暴露终端问题，并假设所有的干扰均来自授权用户，忽略空间噪声和其他干扰。如图1所示。而公共控制信道，就是连接基站和认知节点的纽带。
图1：认知无线网路模型
四、CRN公共控制信道的建立
本文的公共控制信道建立的整体思路是：根据先验知识将所有的认知信道按照其是否适合作为公共控制信道的程度进行排序，确定预设所有信道被选为公共控制信道的优先级。节点和基站根据此优先级完成公共控制信道的建立。
假设所有的信道优先级已经确定并按照C1,C2??Cn的顺序进行排列，而这个优先级均已经通过程序的形式写入CRN的基站和各个节点。
公共控制信道的建立过程如下：
（1）CRN的BS在默认的最高优先级公共控制信道等待来自CU的接入请求，并同时对该信道进行能量检测；
（2）BS一旦检测到最高优先级信道被PU使用，则自动切换至次高优先级公共控制信道等待并以此类推；
（3）当BS在非最高优先级公共控制信道等待时，还将对高于该信道优先级的其他信道进行监听，一旦监听到更高优先级的信道空闲，则自动切换至优先级较高的信道作为公共控制信道等待。其状态转移图如图2所示。
（4）CU在试图同其他节点通信之前，首先要通过控制信道同BS取得联系。在这个过程中，CU将首先对最高优先级控制信道进行侦听，如果侦听到信道为空闲，则将在最高优先级控制信道上同BS取得联系，控制信道建立成功。
（5）如果侦听结果为信道忙碌或者通信失败，则CU认为基站忙碌或者最优通信信道被PU占用，CU将会基站状态判断选择等待一段时间或者自动切换至次优通信信道与BS联系，以此类推直至控制信道建立成功或者所有控制信道均不可用。其状态转移图如图3所示。
（6）作为接收方的CU，将在所有被预设为可能作为控制信道的信道上进行监听，以便接收来自BS的控制信息。
图3：BS的状态转移图
图4：PU的状态转移图
五、仿真结果和最优化选择分析
OPNET是一款网络仿真技术软件包，相比于其他的仿真软件，其特点在于能够仿真网络通信的具体过程，并能够从网络整体角度和节点角度进行网络级的行为仿真和数据采集。正是基于OPNET的强大功能，我们将上文提出的公共控制信道建立方法在OPNET中进行了建模和仿真。
5.1 预设控制信道数量对通信质量的影响仿真
在实际应用中，我们不必将所有的可用认知信道都作为CRN的预设控制信道，预设控制信道的增加虽然可以在一定程度上增加通信成功的几率，但是同时基站可到达状态的增多也会增加预设控制信道的建立时间。因此，预设控制信道数目占所有认知信道的比例应根据网络环境灵活的决定。
图4和图5分别给出了在认知无线网络拥有10个可用认知信道的前提下，预设公共控制信道数目的变化所带来的网络通信延时的变化和一次通信成功率的变化。
其中，通信时延指的是从CU发起通信到发起通信的CU成功接收到来自BS的通信许可的时间。通信成功率指的是CU发起通信请求后能够在一定时间内收到来自BS的通信许可的几率。
通信时延随预设控制信道数目的变化情况，单位：百毫秒
2 3 4 5 6 7 8 9
图4：通信时延随预设控制信道数目的变化
通信成功率随预设信道控制数目的变化情况
2 3 4 5 6 7 8 9
图5：通信成功率随预设控制信道数目的变化
从图中可以看出，虽然统计数据有一定的偶然性，但是能够大体反映出两者随预设控制信道数目变化的趋势。简单地说，预设控制信道数目越多，所有预设控制信道均不可用的几率就更低一些，通信成功的几率就大一些，而这个增加的幅度会随着认知信道数目的增加而逐渐减小，也就是说，新增的预设控制信道的作用是逐渐递减的。同理，预设控制信道越多，用于通信的时间整体上也会有所增加，这个增加的趋势也反映了新增预设控制信道的作用在逐渐递减。
5.2 性能函数的建立
为了能够直观的表示出预设的控制信道数目对系统性能的影响，我们引进了性能评价机制。在预设控制信道为n个时的信道归一化性能表示为：
Un?A(Hn?min(H1,H2...HN)G10?n?1?min(G1,G2...GN))?(1?A)()
max(H1,H2...HN)?min(H1,H2...HN)max(G1,G2...GN)?min(G1,G2...GN)
该函数将一次通信成功率和网络通信延时进行了归一化，并为了使网络通信延时函数效用符合人们的使用习惯而对其进行了反转处理，归一化后的值越大代表系统性能越好。其中，
图6：性能函数逻辑信道、传输信道、物理信道什么关系？_百度知道
逻辑信道、传输信道、物理信道什么关系？
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出门在外也不愁逻辑信道和物理信道有什么区别_百度知道
逻辑信道和物理信道有什么区别
最好能举例说明
提问者采纳
光纤信道就是传输信息的通道，多是一些编码或分成不同的时隙来传送不同的信息。 逻辑信道一般是指人为定义的信息传输信道。大致比较多，比如，微波等，同轴：电话线。 物理信道一般是指依托物理媒介传输信息的通道
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1、逻辑信道 MAC层在逻辑信道上提供数据传送业务，逻辑信道类型集合是为MAC层提供的不同类型的数据传输业务而定义的。逻辑信道通常可以分为两类：控制信道和业务信道。控制信道用于传输控制平面信息，而业务信道用于传输用户平面信息。 其中，控制信道包括： 83 广播控制信道(BCCH)：广播系统控制信息的下行链路信道。 83 寻呼控制信道(PCCH)：传输寻呼信息的下行链路信道。 83 专用控制信道（DCCH）：在UE和RNC之间发送专用控制信息的点对点双向信道，该信道在RRC连接建立过程期间建立。 83 公共控制信道（CCCH）：在网络和UE之间发送控制信息的双向信道，这个逻辑信道总是映射到RACH/FACH传输信道。 业务信道包括： 83 专用业务信道（DTCH）：专用业务信道是为传输用户信息的专用于一个UE的点对点信...
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出门在外也不愁P-CCPCH&（Primary&Common&Control&Physical&Channel）&主公共控制物理信道
&&&&主公共导频信道(P-CPICH)：用于移动台的信道估计及码片同步。
&&&&一个小区内只有一个主公共控制物理信道，用于承载给用户的同步和承载信息。主公共控制物理信道的帧结构与下行
DPCH（ Dedicated Physical Channel）不同，没有TPC (Transmit Power
Control)，没有TFCI(Transport Format Combination
Indicator)且在传输中没有导频，P-CCPCH 在每一时隙的前256片不会传输。主要SCH（Synchronization
Channel）和次要SCH在这一时间传输。剩余的时间用于广播信息的传输。
&&&&主公共控制物理信道（P-CCPCH，Primary
Common Control Physical
CHannel）仅用于承载来自传输信道BCH的数据，提供全小区覆盖模式下的系统信息广播，
UE上电后将搜索并解码该信道上的数据以获取小区系统信息。
&&&&主公共控制物理信道是单向下行信道，帧格式中没有物理层信令TFCI、TPC或SS，为了满足信息容量的要求，P-CCPCH使用两个码分信道来承载BCH数据（P-CCPCH1和P-CCPCH2）。P-CCPCHs固定映射到时隙0（TS0）的扩频因子SF=16的两个码道
； 　　主公共控制物理信道（P-CCPCH，Primary Common Control Physical
CHannel）仅用于承载来自传输信道BCH的数据，提供全小区覆盖模式下的系统信息广播，
UE上电后将搜索并解码该信道上的数据以获取小区系统信息。
&&&&主公共控制物理信道是单向下行信道，帧格式中没有物理层信令TFCI、TPC或SS，为了满足信息容量的要求，P-CCPCH使用两个码分信道来承载BCH数据（P-CCPCH1和P-CCPCH2）。P-CCPCHs固定映射到时隙0（TS0）的扩频因子SF=16的两个码道.
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