CN101888638A - 基于同性质栅格分组的异构网络信息广播方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于同性质栅格分组的异构网络信息广播方法及系统，该方法包括以下步骤：对异构网络中每个点的n个频率占用信息分别进行数字化标定，得到n个频率占用比特，其中，每个频率占用比特表示该点是否被对应的频率所覆盖，n表示该异构网络中总的频率数量；对于每个点，将其n个频率占用比特累加，得到频率占用比特之和，表示每个点的频率占用情况；根据所述每个点的频率占用情况得到该异构网络中每个栅格的频率占用情况；将频率占用情况相同的栅格组合成同性质的栅格区域；以每个同性质的栅格区域为一组，将每个组的信息分别封装成帧，然后将各帧分别发送。本发明的技术方案能够提高广播CPC模式传输信息的效率。

Description

基于同性质栅格分组的异构网络信息广播方法及系统

技术领域

本发明涉及异构无线通信技术领域，特别是一种基于同性质栅格分组的异构网络信息广播方法及系统。

背景技术

近年来，随着各种新技术和新概念的出现，无线网络异构融合日益展示出它的优势，使得用户、运营商和管理者三方均能受益。相互独立的各种技术正在朝着一种全球化的技术融合演进，即B3G(Beyond 3G)移动通信技术。

而作为B3G主要技术之一的重配置技术是“软件无线电”的进一步演进。软件无线电技术包括：终端具有依据服务需求动态调整无线接入技术(Radio Access Technology，RAT)的能力。重配置技术包括：对RAT的调整、对频谱带宽的改变、对网络参数和网络可重配置协议的改变，以此来获得无线资源的整体最优化利用。

认知无线电(Cognitive Radio，CR)的概念由Mitola在1998年提出，它基于软件无线电平台，是一种具有环境认知能力的智能无线电技术，能够通过对周围变化的无线环境的学习来完成自身重配置。考虑到重配置和认知无线电概念的出现，传统的只有授权用户才能使用频谱的固定频谱分配模式，已经不适用于快速变化的异构的无线环境。因此，基于动态频谱分配的灵活的频谱管理技术被提出用于考虑如何在多RAT场景下和负载不均衡条件下提高频谱利用率。应用动态频谱分配策略，用户设备应该足够智能并具有频谱感知的能力。本领域已经提出了不同的技术来支持用户设备具有必要的频谱感知能力。用户设备可以独立或与其他终端合作式的采用感知机制来确定网络信息，如RAT和未被占用的空闲频谱资源等信息。然而，现有技术的缺点是：测量时间过长、系统复杂度过高、终端功率损耗过大等。

其他的候选方案则是采用信令信道来传输网络信息，如空闲频谱信息、RAT占有情况和特定区域内的可用网络等信息。代表性的技术之一是在欧盟E2R项目和E3项目中提出的异构网络共用的公共信道即认知导频信道(Cognitive Pilot Channel，CPC)技术。CPC技术采用广播模式或点播模式，通过特定的信令信道将网络信息广播给用户设备，以实现在认知环境下的动态频谱共享。已有的研究中，带外CPC技术策略在开机期间通过使用各异构网络共用的公共信道来给用户设备发送关键的网络信息。而带内CPC技术策略则是通过使用已有RAT技术的特定信令频带资源，给用户提供更为详细的网络信息。CPC技术应用的场景为较大的无线区域，并通过广播方式将异构网络信息发送给用户设备，通过将区域划分为若干个小栅格可以提高信息传输的准确性和有效性。

随着B3G技术的发展，异构网络间的融合与合作成为不可逆转的新趋势。认知网络环境下的异构网络信息如何能够及时有效地发送给终端用户成为一个挑战。作为解决这个挑战的候选方案之一是，用于异构网络信息下发的基于栅格划分的传输模式。该方案通过对不同地理位置进行栅格划分，使用各异构网络共用的公共信道传送异构网络的信息，辅助终端开机后对网络环境信息的认知过程。如何设计合理的CPC传输模式，才能满足既准确又高效的网络信息的传递已成为亟待解决的问题。

为了使终端能够更为准确有效地接收到CPC发送的信息，已有的技术方案假定将CPC的覆盖区域划分为多个栅格。CPC覆盖区域内的异构网络信息按照栅格进行存储，当终端开机或是需要切换时，只需要先确定自己所在的位置，就能够通过广播或者点播的方法获得所在栅格内基本的异构网络信息，比如可用运营商信息，可用无线接入技术信息，可用频率信息等。然后根据这些信息确定合适的接入网络。

目前的CPC解决方案都是建立在栅格划分的基础上提出的，信息发送的模式包括：广播方式和点播方式。在广播模式中，CPC基站周期性地广播异构网络信息，其中包括各栅格的地理位置信息。终端开机后首先监听广播信道，并根据栅格信息中的地理位置信息和自身的位置信息进行判断，获取自己所在栅格内的异构网络信息。在点播模式中，终端将包含自己地理位置信息的异构网络信息请求发送给CPC基站，CPC基站则根据终端的位置信息将对应的栅格信息发送给终端。利用栅格的方式发送异构网络信息可以有效地减轻终端的信令解析的开销，终端只需正确解析自身所处局部无线环境的网络信息。

已有相关研究提出栅格的最优划分方法，综合考虑GPS定位偏移误差和多RAT重叠场景的信息丢失率，提升了网络信息传输的准确性和效率。

然而，传统的广播CPC模式在栅格小、栅格数量大时，需要花费较长的时间或者占用一个拥有更宽频带的信道来实现信息的传递。虽然针对信息传递的有效性提出了包含上下行元素以及3个逻辑信道的点播CPC模式，使得上行信道上更加有效，然而一旦单个栅格在短时间内向CPC服务器(负责网络信息传输控制)发送太多的请求，CPC服务器将面临阻塞的危险，并且特定栅格重复的网络信息将导致点播模式下整个系统的低效。并且考虑到点播模式上行信道，从稀有候选频带为CPC分割出一个频带供用户发送请求信息，会是一个重大的挑战。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提高广播CPC模式传输信息的效率。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种基于同性质栅格分组的异构网络信息广播方法，包括以下步骤：

S1，对异构网络中每个点的n个频率占用信息分别进行数字化标定，得到n个频率占用比特，其中，每个频率占用比特表示该点是否被对应的频率所覆盖，n表示该异构网络中总的频率数量；

S2，对于每个点，将其n个频率占用比特累加，得到频率占用比特之和，表示每个点的频率占用情况；

S3，根据所述每个点的频率占用情况得到该异构网络中每个栅格的频率占用情况；

S4，将频率占用情况相同的栅格组合成同性质的栅格区域；

S5，以同性质的栅格区域为一组，将每个组的信息分别封装成帧，然后将各帧分别发送。

其中，在步骤S1中，对异构网络中每个点的n个频率占用信息分别进行数字化标定的步骤具体为：对于异构网络中的每个点，提取其在各个频率上的接收功率a，并提取在各个频率上能够接收到的功率的门限值b，若数值a大于b，则将频率占用比特标记为1，否则，标记为0。

其中，在步骤S2中，根据如下公式计算得到每个点的频率占用情况：

$I(x,y)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}M(f_i,x,y)2^{i-1}$

其中，N是总的频率数量，I(x，y)用二进制表示，且其第i位是点(x，y)对应频率f_i的频率占用比特的值。

其中，在步骤S3中，根据如下公式计算得到每个栅格的频率占用情况：

其中，M_k表示第k个栅格内所有点的集合，N_Mk表示第k个栅格内的点的总数，I(x_i，y_j)是坐标为(x_i，y_j))的点的频率占用情况，

表示下取整。

其中，所述帧中包含各栅格的地理信息。

其中，在步骤S5中，利用广播CPC帧格式将每个组的信息分别封装成帧，然后将各帧分别发送，形成CPC广播流。

本发明还提供了一种基于同性质栅格分组的异构网络信息广播系统，包括：

数字化标定模块，用于对异构网络中每个点的n个频率占用信息分别进行数字化标定，得到n个频率占用比特，其中，每个频率占用比特表示该点是否被对应的频率所覆盖，n表示该异构网络中总的频率数量；

点频率占用标定模块，用于对于每个点，将其n个频率占用比特累加，得到频率占用比特之和，表示每个点的频率占用情况；

栅格频率占用标定模块，用于根据所述每个点的频率占用情况得到该异构网络中每个栅格的频率占用情况；

同性质栅格分组模块，用于将频率占用情况相同的栅格组合成同性质的栅格区域；

组帧模块，用于以同性质的栅格区域为一组，将每个组的信息分别封装成帧，然后将各帧发送。

(三)有益效果

本发明提出的技术方案通过将同性质的栅格合成一组，形成一条新的信息，然后在广播阶段一次性将同组栅格信息广播给用户设备，从而节约了非必要的重复传输，提高了广播CPC模式传输信息的效率。

附图说明

图1是本发明实施例的方法流程图；

图2是异构网络环境频率占用图创建方法流程图；

图3是异构网络环境同性质栅格区域检测方法流程图；

图4是异构网络环境同性质栅格区域广播方案流程图；

图5是利用本发明实施例的方法所得到的帧结构图；

图6是利用本发明实施例的方法所得到的CPC广播流的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，依据本发明实施例的方法基于同性质栅格分组的异构网络信息广播方法，包括以下步骤：

S1，对异构网络中每个点的n个频率占用信息分别进行数字化标定，得到n个频率占用比特，其中，每个频率占用比特表示该点是否被对应的频率所覆盖，n表示该异构网络中频率点的总数；

S2，对于每个点，将其n个频率占用比特累加，得到频率占用比特之和，表示每个点的频率占用情况；

S3，根据所述每个点的频率占用情况得到该异构网络中每个栅格的频率占用情况；

S4，将频率占用情况相同的栅格组合成同性质的栅格区域；

S5，以同性质的栅格区域为一组，将每个组的信息分别封装成帧，然后将各帧分别发送。

在步骤S1中，对异构网络中每个点的n个频率占用信息分别进行数字化标定的步骤具体为：对于异构网络中的每个点，提取其在各个频率上的接收功率a，并提取在各个频率上能够接收到功率的门限值b，若数值a大于b，则将频率占用比特标记为1，否则，标记为0，数字化表示如下：

$M(f_i,x,y)=\left\{\begin{array}{ccc}1,& \mathrm{if}& P(f_i,x,y)\&GreaterEqual;P_{\mathrm{th}}\left(f_i\right)\\ 0,& \mathrm{if}& P(f_i,x,y)<P_{\mathrm{th}}\left(f_i\right)\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，M(f_i，x，y)是点(x，y)在频率f_i处频率占用比特值，P(f_i，x，y)是点(x，y)在频率f_i上的接收功率(已知)，P_th(f_i)是从频率f_i接收到功率的门限。

并且各个点的频率占用情况可用一个长度为N的二进制数I(x，y)表示：

$I(x,y)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}M(f_i,x,y)2^{i-1}---\left(2\right)$

其中，N是总的频率数量。若(x，y)用二进制表示，则其第i位是点(x，y)对应频率f_i的频率占用比特的值。

以I(x，y)作为异构网络环境中点(x，y)的数字化标定，采用图像处理技术，使用不同的颜色代表频谱占用的不同特征，从而形成该异构网络环境的频率占用图，具体步骤如图2所示。

在步骤S3中，根据如下公式计算得到每个栅格的频率占用情况：

其中，M_k表示第k个栅格内所有点的集合，N_Mk表示第k个栅格内的点的总数，I(x_i，y_j)是坐标为(x_i，y_j)的点的频率占用情况，

表示下取整，并且这里I(x_i，y_j)以十进制形式表示。

上述步骤S3和S4计算得到了各个栅格的标定值，并分别作为各个栅格的标记；根据所述栅格标记，利用图像处理技术检测出具有相同标记的栅格，组合成为同性质栅格区域。该方法可以称为“同性质栅格区域检测方法”，其流程图如图3所示。

上述步骤S5的具体实现流程图如图4所示。

在步骤S5中，利用广播CPC帧格式将每个组的信息分别封装成帧，如图5所示，所述帧中包含各栅格的地理信息等；然后将各帧分别发送，形成CPC广播流，如图6所示。

本发明实施例还提供了一种基于同性质栅格分组的异构网络信息广播系统，包括：

数字化标定模块，用于对异构网络中每个点的n个频率占用信息分别进行数字化标定，得到n个频率占用比特，其中，每个频率占用比特表示该点是否被对应的频率所覆盖，n表示该异构网络中频率点的总数；

点频率占用标定模块，用于对于每个点，将其n个频率占用比特累加，得到频率占用比特之和，表示每个点的频率占用情况；

栅格频率占用标定模块，用于根据所述每个点的频率占用情况得到该异构网络中每个栅格的频率占用情况；

同性质栅格分组模块，用于将频率占用情况相同的栅格组合成同性质的栅格区域；

组帧模块，用于以同性质的栅格区域为一组，将每个组的信息分别封装成帧，然后将各帧发送。

由以上实施例可以看出，本发明通过将同性质的栅格合成一组，形成一条新的信息，然后在广播阶段一次性将同组栅格信息广播给用户设备，从而节约了非必要的重复传输，提高了广播CPC模式传输信息的效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于同性质栅格分组的异构网络信息广播方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，对异构网络中每个点的n个频率占用信息分别进行数字化标定，得到n个频率占用比特，其中，每个频率占用比特表示该点是否被对应的频率所覆盖，n表示该异构网络中总的频率数量；

S2，对于每个点，将其n个频率占用比特累加，得到频率占用比特之和，表示每个点的频率占用情况；

S3，根据所述每个点的频率占用情况得到该异构网络中每个栅格的频率占用情况；

S4，将频率占用情况相同的栅格组合成同性质的栅格区域；

S5，以同性质的栅格区域为一组，将每个组的信息分别封装成帧，然后将各帧分别发送。

2.如权利要求1所述的基于同性质栅格分组的异构网络信息广播方法，其特征在于，在步骤S1中，对异构网络中每个点的n个频率占用信息分别进行数字化标定的步骤具体为：对于异构网络中的每个点，提取其在各个频率上的接收功率a，并提取在各个频率上能够接收到的功率的门限值b，若数值a大于b，则将频率占用比特标记为1，否则，标记为0。

3.如权利要求1所述的基于同性质栅格分组的异构网络信息广播方法，其特征在于，在步骤S2中，根据如下公式计算得到每个点的频率占用情况：

$I(x,y)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}M(f_i,x,y)2^{i-1}$

其中，N是总的频率数量，若I(x，y)用二进制表示，则其第i位是点(x，y)对应频率f_i的频率占用比特的值。

4.如权利要求1所述的基于同性质栅格分组的异构网络信息广播方法，其特征在于，在步骤S3中，根据如下公式计算得到每个栅格的频率占用情况：

其中，M_k表示第k个栅格内所有点的集合，N_Mk表示第k个栅格内的点的总数，I(x_i，y_j)是坐标为(x_i，y_j)的点的频率占用情况，

表示下取整。

5.如权利要求1所述的基于同性质栅格分组的异构网络信息广播方法，其特征在于，所述帧中包含各栅格的地理信息。

6.如权利要求1所述的基于同性质栅格分组的异构网络信息广播方法，其特征在于，在步骤S5中，利用广播CPC帧格式将每个组的信息分别封装成帧，然后将各帧分别发送，形成CPC广播流。

7.一种基于同性质栅格分组的异构网络信息广播系统，其特征在于，包括：

数字化标定模块，用于对异构网络中每个点的n个频率占用信息分别进行数字化标定，得到n个频率占用比特，其中，每个频率占用比特表示该点是否被对应的频率所覆盖，n表示该异构网络中总的频率数量；

点频率占用标定模块，用于对于每个点，将其n个频率占用比特累加，得到频率占用比特之和，表示每个点的频率占用情况；

栅格频率占用标定模块，用于根据所述每个点的频率占用情况得到该异构网络中每个栅格的频率占用情况；

同性质栅格分组模块，用于将频率占用情况相同的栅格组合成同性质的栅格区域；

组帧模块，用于以同性质的栅格区域为一组，将每个组的信息分别封装成帧，然后将各帧发送。

Images