CN101247635B

CN101247635B - 动态跳频接入方法和装置

Info

Publication number: CN101247635B
Application number: CN2007100795032A
Authority: CN
Inventors: 刘劲楠; 冯淑兰; 蔡觉平; 李赞
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd; Xidian University
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd; Xidian University
Priority date: 2007-02-16
Filing date: 2007-02-16
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2027-02-16
Also published as: CN101247635A

Abstract

本发明实施例公开了一种动态跳频接入方法和装置，该方法和装置均可进行空闲信道检测，当检测到的空闲信道只被认知用户设备占用时，确定由所述空闲信道组成的可用频率集合，并从该可用频率集合中选取信道组成跳频频率集合，再根据所述跳频频率集合生成跳频序列，按照所述跳频序列应用所述跳频频率集合中的信道进行跳频通信。当检测到的空闲信道是完全空闲信道时，还可应用检测到的完全空闲信道进行定频通信。本发明实施例的方法和装置，可减小系统接入的开支，在减少接入过程中冲突的同时还能明显增加系统安全性能，并且具有很好的接入公平性；因而接入有效性得到提高，并且能够明显提高用户满意度。

Description

动态跳频接入方法和装置

技术领域

本发明涉及认知无线通信领域，具体涉及一种动态跳频接入方法和装置。

背景技术

目前的认知无线通信的基本出发点就是：为了提高频谱利用率，具有认知功能的无线通信用户设备可以按照某种“伺机(Opportunistic Way)”的方式工作在已授权的频段内。当然，这一定要建立在已授权频段没用或只有很少的通信业务在活动的情况下。这种在空域、时域和频域中出现的可以被利用的频谱资源被称为“频谱空洞”，认知无线通信的核心思想就是使无线通信用户设备具有发现并合理利用“频谱空洞”的能力。

目前，针对空闲信道大于区域内重叠WRAN系统的情况提出了应用于认知无线通信的解决方案，该方案提出在通信过程中同时传输和检测(即：在工作信道所对应的工作带宽内只传输数据，在工作信道外所对应的工作带宽则进行频谱感知)；并且，在工作信道内外所对应的频带之间加入了频带间隙，该间隙通常被称为“保护带宽”。上述的同时进行检测、发送数据的频谱模型如图1所示。

在实际进行跳频接入时，通常应用如图2所示的时移方式。图2中，网络中的基站(BS)根据系统的定时同步信息选择一个特定的偏移时间进行接入；在每次接入时首先对系统中的空闲信道进行检测，选择一个空闲信道进行竞争接入；当产生竞争冲突时，则需要根据接入请求的时间决定当前通信信道的占用。上述以时移方式所进行的跳频接入，要求当前无碰撞发生的用户终端数目小于可用信道数目，但在实际应用这种情况非常少见而且也没有多大的实用意义；并且，对于隐藏用户设备和不同认知网络中的BS，图2所示原理的实现可行性也不大。再有，在跳频接入前，BS需要首先对可用信道中的所有信道进行测量，这使得用于信道检测的时间过长，严重降低了有效通信时间。

另外一种接入方式为：网络中的BS根据信道检测的结果选择一个没有授权用户的信道进行通信，当出现授权用户时放弃该信道，并选择新的空闲信道以建立新的通信链接。当新接入用户发生冲突时，该用户首先进行ODSC请求，彼此之间通过分配一定的资源实现共享信道；如果ODSC请求失败，所述用户则在另外一个信道进行ODSC请求以期占用该信道。该接入方式必须依赖全网同一的控制中心，因此在不同网络中的BS之间的协调工作会存在问题；并且，由于新BS的接入取决于系统中已占用信道的BS，因此存在新BS长时间无法接入的可能性。

由于以上所述可见，无论是降低有效通信时间，还是存在新BS长时间无法接入的可能性，目前所应用的跳频接入方法的接入有效性都很低，严重降低了用户满意度。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的主要目的在于提供一种动态跳频接入方法，提高接入有效性，提高用户满意度。

本发明实施例的另一目的在于提供一种动态跳频接入装置，提高接入有效性，提高用户满意度。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

一种动态跳频接入方法，该方法包括：

进行空闲信道检测，当检测到的空闲信道只被认知用户设备占用时，确定由所述空闲信道组成的可用频率集合，并从该可用频率集合中选取信道组成跳频频率集合，再根据所述跳频频率集合生成跳频序列，按照所述跳频序列应用所述跳频频率集合中的信道进行跳频通信。

一种动态跳频接入装置，该装置包括相连的频率集合单元、跳频序列单元；

其中，所述频率集合单元，用于根据可检测到的空闲信道生成可用频率集合，还从可用频率集合中选取信道组成跳频频率集合，并将该跳频频率集合发送给所述跳频序列单元；

所述跳频序列单元，用于在跳频通信时根据收到的跳频频率集合生成可支持跳频通信的跳频序列。

与现有技术相比，本发明实施例所提供的方法和装置具有由跳频序列所引入的随机性和基于密钥的安全性，BS接入过程中的冲突会明显减少，系统安全性能明显增加；另外，可用频率集合和跳频频率集合以及跳频序列为新BS接入提供了很好的公平性，并且，BS接入的公平性会因可用频率集合和跳频频率集合的增大而得到有效提高。上述优点最终都会使本发明实施例所提供的方法和装置的接入有效性得到提高，并且能够明显提高用户满意度。

附图说明

图1为同时进行检测、发送数据的频谱模型示意图；

图2为现有技术中应用时移方式的动态跳频原理图；

图3为本发明实施例的动态跳频接入流程图；

图4为本发明实施例的跳频地址序列结构示意图；

图5为本发明实施例的跳频序列生成原理图；

图6为本发明实施例的系统信道通信时隙划分示意图；

图7为本发明实施例的动态跳频接入装置图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明详细说明。

本发明实施例所提供的动态跳频接入方法包括：进行空闲信道检测，当检测到的空闲信道只被认知用户设备占用时，确定由所述空闲信道组成的可用频率集合，并从该可用频率集合中选取信道组成跳频频率集合，再根据所述跳频频率集合生成跳频序列，按照所述跳频序列应用所述跳频频率集合中的信道进行跳频通信。

本发明实施例所提供的动态跳频接入装置包括相连的频率集合单元、跳频序列单元；其中，所述频率集合单元，用于根据可检测到的空闲信道生成可用频率集合，还从可用频率集合中选取信道组成跳频频率集合，并将该跳频频率集合发送给所述跳频序列单元；所述跳频序列单元，用于在跳频通信时根据收到的跳频频率集合生成可支持跳频通信的跳频序列。

总体而言，BS可以在两种通信模式下切换：其中一种是定频通信，另一种是跳频通信。空间中存在的频谱空洞的占用情况会有两种可能：其中一种是完全空闲，另一种是只被认知用户占用而没有被授权用户占用。当信道完全空闲时，BS可以选择占用该信道进行固定频率通信的定频通信模式；当没有监测到完全空闲信道、但存在只被认知用户占用的工作信道时，BS则采用共享信道的跳频通信模式。需要说明的是：可以将定频通信模式看作可用频率集合(Candidate Set)内容为单频率的一种特殊跳频通信模式。

参见图3，图3为本发明实施例的动态跳频接入流程图，该流程包括以下步骤：

步骤301：开始工作时，BS首先检测通信覆盖范围内的未被授权用户占用的空闲信道。根据信道的占用情况，空间中存在的非授权用户占用信道分成以下两种情况：1)完全空闲信道，指没有被用户设备占用的信道；2)只存在认知用户设备的信道，即只存在认知用户设备通信信号的信道。

步骤302：BS判断检测到的空闲信道是否是完全空闲信道，即：所检测到的空闲信道是否被认知用户设备占用。如果判断结果为检测到的空闲信道没有被认知用户设备占用，BS则确定该空闲信道是完全空闲信道，进入步骤303；否则，进入步骤306。

步骤303：BS将检测到的所述完全空闲信道作为当前的工作信道，占用该信道并采用定频通信模式通信。

步骤304：BS对当前的工作信道进行检测，主要检测该工作信道中的认知用户的通信信号以及授权用户的通信信号。

步骤305：BS根据对当前工作信道的检测结果，判断针对该工作信道是否存在其它用户的接入请求或授权用户的占用，如果有，返回步骤301；否则，返回步骤303。

步骤306：BS获取周边BS信息，并根据获取的信息确定可用频率集合。所述可用频率集合中包含只被认知用户设备占用的信道(假设共M个信道)。

步骤307：BS从可用频率集合中选择一定数量的信道(假设其中共包含N个信道)，将选择的信道所组成的集合作为最终进行共享信道通信的跳频频率集合(Active Set)。所述跳频频率集合中所包含的信道数量通常小于或等于所述可用频率集合中所包含的信道数量。

组成所述跳频频率集合之后，BS采用动态频率选择-先到先服务(Dynamic Frequency Selection-First Come First Service，DFS-FCFS)网络接入方式，根据所述跳频频率集合进行共享信道的DFS通信。

具体而言，BS根据所述跳频频率集合生成跳频序列，并将该跳频序列所包含的频段上的信道作为工作信道，按照所述跳频序列占用所述工作信道以DFS方式通信。

步骤308：在通信过程中，BS对当前的工作信道进行检测，主要检测该工作信道中的授权用户的通信信号。

步骤309：BS根据对当前工作信道的检测结果，判断针对该工作信道是否存在授权用户的占用，如果有，说明当前工作信道所属的跳频频率集合中出现了授权用户，因而返回步骤301；否则，说明当前工作信道所属的跳频频率集合中没有授权用户，返回步骤307。

需要说明的是：BS还可以实时性或周期性地更新可用频率集合，并根据已更新的可用频率集合组成新的跳频频率集合并更新，还可以根据新的跳频频率集合生成新的跳频序列并更新。

在实际应用中，跳频序列通常根据时间序列、BS硬件ID和密钥生成；跳频序列的同步由时间序列控制，跳频序列的唯一性由BS硬件ID决定，跳频序列的安全性由密钥保证。跳频序列的具体生成方法有多种，如：国防专利00130524.7中所描述的方法。

目前，IEEE802.22所在的工作频段为54MHz—806MHz，可以采用的传输带宽分别为6MHz、7MHz和8MHz。那么以6MHz为最小带宽，IEEE802.22所在的工作频段内最多可以分成125个频段。因此可以用7个bits表示划分出的所有频段。考虑到系统的扩展因素，可以选用8bits(可以表示256个频段)表示划分出的各频段的地址序列，其结构如图4所示。

在根据所述跳频频率集合生成跳频序列时，BS通常需要为跳频频率集合中所包含的信道重新分配序号；并利用生成的跳频序列选择分配了序号的信道，并将该信道作为共享传输信道。跳频序列的具体生成过程如图5所示，图5中，Candidate Set中包含有检测到的5个空闲信道：信道9(192.25MHz)、信道11(208..25MHz)、信道22(240.25MHz)、信道27(280.25MHz)和信道32(320.25MHz)。BS选择信道数量为4(小于Candidate Set的数量5)的信道组作为Active Set：信道9、信道11、信道22和信道27。

之后，对选取的Active Set中所包含的信道重新编号：信道9对应频率0；信道11对应频率1；信道22对应频率2；信道27对应频率3。接着利用图4所示的跳频地址结构产生随机的跳频序列，并根据产生的跳频序列选择频率号所对应的信道作为工作信道，再占用选择的所述工作信道进行通信，从而实现了基于跳频序列的DFS。

为了便于BS占用信道，在时间上根据GPS信息将通信周期分为请求接入时隙和通信时隙，并且将请求接入时隙和通信时隙严格同步(具体的系统信道通信时隙划分方式如图6所示)，这种时隙划分方式易于实现不同的系统配置。在实际应用中，当BS需要占用信道时，BS以随机选取退避时间的方式在请求接入时隙发送请求接入信号。在请求接入时隙内，所有BS根据先到先服务的原则占用当前传输时隙；没有获得信道占用的BS在当前传输时隙内不进行数据传输，而只能根据生成的跳频序列在下一个时隙选择新的工作信道进行竞争接入。

为了保证包含图3在内的操作可以顺利进行，需要在BS中进行如图7所示的设置。参见图7，图7为本发明实施例的动态跳频接入装置图。图7中，包含跳频序列单元和频率集合单元的DFS单元分别与频谱感知信号处理器、直接频率合成单元、MAC及基带信号处理器相连；收发单元分别与直接频率合成单元、频谱感知信号处理器、MAC及基带信号处理器相连。在DFS单元中，频率集合单元分别与频谱感知信号处理器、跳频序列单元、MAC及基带信号处理器相连；跳频序列单元还分别与直接频率合成单元、MAC及基带信号处理器相连。

在实际应用时，频谱感知信号处理器获取来自收发单元的信号，该信号包括目前可以检测到的信道中的通信信号；因此频谱感知信号处理器可以感知到完全空闲信道以及只被认知用户设备占用的空闲信道，并将感知到的信道的频率等信道信息发送给频率集合单元。频率集合单元根据收到的信道信息生成Candidate Set，再根据来自MAC及基带信号处理器的周边BS信息从Candidate Set中选取信道以生成Active Set，并将生成的Active Set发送给跳频序列单元。

频率集合单元在生成Active Set时，应根据收到的周边BS信息生成能减少碰撞的Active Set。

跳频序列单元收到来自频率集合单元的Active Set时，根据该Active Set生成跳频序列，并将生成的跳频序列发送给直接频率合成单元。具体而言，跳频序列单元生成所述跳频序列时要应用到来自MAC及基带信号处理器的跳频序列相关信息，该信息包括时间序列、BS硬件ID和密钥。

直接频率合成单元将来自跳频序列单元的跳频序列所包含的频段上的信道作为工作信道，控制收发单元通过该工作信道收发信息。具体而言，收发单元从MAC及基带信号处理器接收要发送的内容并通过相连的天线发送出去；还将通过天线收到的内容发送给频谱感知信号处理器。

需要说明的是，针对定频通信的情况，DFS单元所涉及的工作信道只有一个；这时跳频序列单元无须再生成跳频序列，而是将所述的一个工作信道的频段直接发送给直接频率合成单元，由直接频率合成单元控制收发单元通过该工作信道以定频通信方式收发信息。另外，所述频谱感知信号处理器还可以对感知到的空闲信道进行更新检测，并将感知到的新的信道信息发送给频率集合单元，以使频率集合单元能对Candidate Set和Active Set进行更新。

由以上所述可以看出，本发明实施例所提供的动态跳频接入方式，由于在有完全空闲信道的情况下采用定频通信模式，因而减小了系统接入的开支；再加上跳频序列所引入的随机性和基于密钥的安全性，BS接入过程中的冲突会明显减少，系统安全性能明显增加；另外，Candidate Set和ActiveSet以及跳频序列为新BS接入提供了很好的公平性，并且，BS接入的公平性会因Candidate Set和Active Set的增大而得到有效提高。上述优点最终都会使本发明实施例所提供的方法和装置的接入有效性得到提高，并且能够明显提高用户满意度。

Claims

1.一种动态跳频接入方法，其特征在于，该方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进行所述跳频通信的方法为：

利用包含相对应的频率号和信道的跳频地址结构产生随机的跳频序列，并根据产生的跳频序列选择所述频率号所对应的信道作为工作信道，再占用选择的所述工作信道进行通信。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述跳频序列是根据时间序列、基站BS硬件ID和密钥生成的。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当检测到的空闲信道是完全空闲信道时，应用检测到的完全空闲信道进行定频通信。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤：

对进行所述定频通信时的工作信道进行检测，并根据检测结果判断针对该工作信道是否存在其它用户的接入请求或授权用户的占用，如果是，重新执行所述空闲信道检测操作；否则，继续保持当前的定频通信。

6.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤：

对进行所述跳频通信时的工作信道进行检测，并根据检测结果判断针对该工作信道是否存在授权用户的占用，如果是，重新执行所述空闲信道检测操作；否则，继续保持当前的跳频通信。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤：更新所述可用频率集合，并根据已更新的可用频率集合组成新的跳频频率集合并更新，再根据新的跳频频率集合生成新的跳频序列并更新。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在时间上将所述通信的周期分为同步的请求接入时隙和通信时隙，进行所述通信是以在所述请求接入时隙发送请求接入信号实现的。

9.一种动态跳频接入装置，其特征在于，该装置包括相连的频率集合单元、跳频序列单元；

其中，所述频率集合单元，用于在检测到的空闲信道只被认知用户设备占用时，确定由所述空闲信道组成的可用频率集合，还从可用频率集合中选取信道组成跳频频率集合，并将该跳频频率集合发送给所述跳频序列单元；

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述跳频序列单元，进一步用于在定频通信时直接将收到的信道作为定频通信时的工作信道。

11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述频率集合单元进一步与频谱感知信号处理器相连，该频谱感知信号处理器与收发单元相连；

其中，所述频谱感知信号处理器，用于根据来自收发单元的信号感知空闲信道，并将感知到的用于生成可用频率集合的信道信息发送给频率集合单元。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述频谱感知信号处理器，进一步用于对感知到的空闲信道进行更新检测，并将感知到的新的信道信息发送给频率集合单元。

13.如权利要求9或12所述的装置，其特征在于，所述频率集合单元进一步用于对所述可用频率集合和跳频频率集合进行更新。

14.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述频率集合单元和所述跳频序列单元进一步分别与MAC及基带信号处理器相连，该MAC及基带信号处理器与收发单元相连；

其中，所述MAC及基带信号处理器，用于向频率集合单元发送支持生成跳频频率集合的周边BS信息，还向跳频序列单元发送支持生成跳频序列的跳频序列相关信息。

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述跳频序列相关信息包括时间序列、基站硬件ID和密钥。

16.如权利要求9、10、11、12、14或15所述的装置，其特征在于，所述跳频序列单元进一步与直接频率合成单元相连，该直接频率合成单元与收发单元相连；

其中，所述直接频率合成单元将来自跳频序列单元的信道作为工作信道，控制收发单元通过该工作信道收发信息。

17.如权利要求9所述的装置，其特征在于，该装置设置于BS中。