CN101895895A - 认知无线网络中的分级频谱感知方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种认知无线网络中的分级频谱感知方法及装置，属于通信技术领域。为实现在主用户不受或仅受极小干扰的情况下保证认知无线网络系统的吞吐量，改善认知用户的业务体验，本发明所提供的分级频谱感知方法利用时分系统帧结构中用于上下行转换的特殊子帧时隙来进行低级频谱感知，经过对低级频谱感知结果进行分析后，进一步采用静默期来运行高级频谱感知进而确认主用户是否出现的情况。该技术方案节省了上报信令开销，可快速的感知到主用户的存在，降低主用户的虚警概率，进一步提高了系统的吞吐量。

Description

认知无线网络中的分级频谱感知方法及装置

技术领域

本发明涉及一种通信技术，尤其涉及一种认知无线网络中的分级频谱感知方法及装置。

背景技术

随着无线通信业务的增长，可利用的频带日趋紧张，频谱资源匾乏的问题日益严重，这已经成为制约无线移动通信朝着宽带化、泛在化等方向发展的基本问题。世界各国现行的频率使用政策除分配极少的ISM频段之外，大多采用授权制度。而获得授权的用户，并非全部都是全天候占用许可频段，一些频带部分时间内并没有用户使用，另有一些偶尔才被占用，这样即使系统频谱使用率非常低，仍无法将空闲的频谱分配给其他系统使用，即无法实现动态频谱共享。怎样才能提高频谱利用率，在不同区域和不同时间段里有效地利用不同的空闲频道，成为人们非常关注的技术问题。为了解决该问题，Joseph Mito1a于1999年在软件无线电的基础上提出了认知无线电(Cognitive Radio)的概念，要实现动态频谱接入，首先要解决的问题就是如何检测频谱空洞，避免对主用户的干扰，也就是频谱感知技术。认知无线网络用户需要一边通过频谱感知检测主用户是否存在，一边进行业务通信从而利用频谱空洞，实现动态频谱共享。随之而来的问题就是认知无线网络用户的通信质量与业务体验无法得到保证，因为绝大多数的频谱感知算法都要求在频谱感知进行时认知无线网络基站与用户进行静默来保证感知算法的准确度，而认知无线网络在静默时，基站不能对用户进行任何调度，用户也不能发送数据给基站。这样，由于认知无线网络需要实时地且持续不断地通过频谱感知来确定主用户是否出现，频繁出现的静默期会对影响认知无线网络的吞吐量以及认知用户的通信质量。此外，如果需要感知的主用户系统所占用频段比较宽，且远远超出了单个认知用户的感知能力时，静默期需要持续以秒为数量级时，会极大地损害认知用户的通信体验。

现有的频谱感知方案主要分为两种，一种是牺牲认知用户的通信时间来换取频谱感知算法的时间，此时频谱感知检测主用户可能出现的全频段。即认知无线网络在静默期不对终端用户进行任何调度，终端用户也不发送数据，只是在静默期内运行频谱感知算法，等到认知用户将全频段频谱感知结果得到后，再上报到认知无线网络基站侧。之后，在认知无线网络基站的统一调度下恢复认知无线网络的业务通信，且基站负责对感知结果的处理与决策。另一种是牺牲认知无线网络的部分工作频段来换取频谱感知算法可以持续长时间的执行，而认知无线网络智能以轮询的方式工作在部分工作频段上，而频谱感知算法负责轮询地检测未被认知无线网络占用的频段。等到一轮的轮询结束后，认知无线网络用户可以得到全频段的感知结果，上报到认知无线网络基站，由基站通过感知结果进行决策。

上述两种频谱感知方案均存在一定得问题，其中，第一种技术方案包括如下缺点：该方案对全频段进行频谱感知算法时所需感知时长较长，导致在对全频段频谱感知算法进行时采用的静默期的数量级在几百毫秒甚至是秒级，不仅会大大降低认知无线网络系统的吞吐量，并且损害认知用户的通信质量与业务体验；

第二种技术方案包括如下缺点：其一，由于该方案的特性，认知无线网络无论在主用户出现或者没有出现的情况下都不能使用自己全部的工作频段，造成了频率资源的浪费的同时也大大降低了认知无线网络的吞吐量；其二，由于该方案中认知无线系统工作频段的轮询特性，认知系统及用户需要频繁地跳频来保持频谱感知算法能够正常运行，这使得认知无线网络系统的实现及部署难度大大增加；其三，由于轮询完成整一轮之后，认知用户才能得到全频段的感知结果，在这之后才能上报认知无线网络基站，需要等待的时间比较长，如果有主用户出现无法快速反应。

作为一个以端到端为目标的网络，认知网络包括观察、计划、决定和执行的认知过程；具体来讲，认知网络需要从网络节点收集并上报的认知信息中学习，其中认知信息包括频谱感知信息、无线环境信息、网络环境信息以及用户环境信息等，然后将该学习内容应用于无线资源及网络资源的分配决策上。其核心思想就是通过频谱感知(Spectrum Sensing)和系统的智能学习能力，实现动态频谱分配(DSA：Dynamic Spectrum Allocation)和频谱共享(Spectrum Sharing)。众所周知，无线网络中各个网络节点需要遵守协议才能为用户提供可靠的通信服务。为了解决认知无线网络中频谱感知信息、认知信息以及决策信息在各个网络节点之间的交互，对现有的网络结构及各层网络协议进行适当的信令及过程扩展成了必要的解决方案。而LTE作为即将商用的准4G技术，使得基于LTE的认知无线网络协议信令修改与实现会使得认知无线网络的部署有进一步的推动作用。

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针对现有技术中的不足，如何根据主用户出现的实际情况智能配置频谱感知参数，以实现在主用户不受或仅受极小干扰的情况下同时保证认知无线网络系统的吞吐量，改善认知用户的业务体验。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种认知无线网络中的分级频谱感知方法，所述感知方法涉及的无线帧包括下行子帧、上行子帧以及为上下行子帧转换而设置的特殊子帧，所述分级频谱感知方法包括如下步骤：

步骤1：在任一个帧的特殊子帧时隙内，用户端对目标频段进行低级频谱感知操作，并在上行子帧时隙内上报低级频谱感知结果至基站端；

所述低级频谱感知操作方式为感知持续时长量级为微秒级的频谱感知方法；

步骤2：重复步骤1，在若干个帧结束后，基站端对所述若干个上报感知结果进行分析，得出是否出现了主用户的初步结果；

步骤3：若步骤2中的分析结果为否，则重复执行步骤1-2；

若步骤2中的分析结果为是，则在下一个帧的任一下行子帧时隙内，由基站端向用户端发送高级频谱感知控制指令，并进入静默期；所述高级频谱感知控制指令所对应的高级频谱感知操作方式为感知持续时长量级为毫秒级的频谱感知方法；

步骤4：在静默期内，用户端根据所述高级频谱感知控制指令对目标频段进行高级频谱感知操作，并在静默期结束后的第一个上行子帧时隙内，将高级频谱感知结果上报基站端；

步骤5：基站端根据所述高级频谱感知结果分析得出是否在某个频段出现主用户的最终结果。

优选地，所述无线帧中进一步包括半帧，所述半帧包括上行子帧、下行子帧以及为上下行子帧转换而设置的特殊子帧；所述分级频谱感知方法包括如下步骤：

步骤1：在任一个半帧的特殊子帧时隙内，用户端对目标频段进行低级频谱感知操作，并在上行子帧时隙内上报低级频谱感知结果至基站端；

所述低级频谱感知操作方式为感知持续时长量级为微秒级的频谱感知方法；

步骤2：重复步骤1，在若干个半帧结束后，基站端对所述若干个上报感知结果进行分析，得出是否出现了主用户的初步结果；

步骤3：若步骤2中的分析结果为否，则重复执行步骤1-2；

若步骤2中的分析结果为是，则在下一个半帧的任一下行子帧时隙内，由基站端向用户端发送高级频谱感知控制指令，并进入静默期；所述高级频谱感知控制指令所对应的高级频谱感知操作方式为感知持续时长量级为毫秒级的频谱感知方法；

步骤4：在静默期内，用户端根据所述高级频谱感知控制指令对目标频段进行高级频谱感知操作，并在静默期结束后的第一个上行子帧时隙内，将高级频谱感知结果上报基站端；

步骤5：基站端根据所述高级频谱感知结果分析得出是否在某个频段出现主用户的最终结果。

优选地，所述步骤1之前，该方法进一步包括：在所述任一个帧或半帧的特殊子帧时隙之前的下行子帧时隙内，基站端向用户端发送低级频谱感知控制指令。

优选地，所述低级频谱感知控制指令包含低级频谱目标频段参数以及门限参数。

优选地，所述低级频谱感知控制指令被包含于下行控制信息内，通过物理下行控制信道进行发送。

优选地，所述步骤1中用户端在上行子帧时隙内通过物理上行控制信道上报低级频谱感知结果至基站端。

优选地，所述步骤3中基站端根据所述步骤2中进行分析的若干个低级频谱感知结果、每个用户端上报结果的历史记录以及它们相应的置信度参数来决定所述高级频谱感知控制指令；

所述高级频谱感知控制指令包含目标频段参数以及静默期的起止时间参数。

此外，本发明还提供一种认知无线网络中的分级频谱感知装置，所述感知装置涉及的无线帧包括下行子帧、上行子帧以及为上下行子帧转换而设置的特殊子帧，所述分级频谱感知装置包括：

基站端收发单元，用于在任一帧中的下行子帧时隙内发送低级或高级频谱感知控制指令，并接收来自用户端的上报结果；

基站端分析单元，用于分析来自用户端的低级或高级频谱感知操作结果，根据分析结果生成下一步频谱感知控制指令，或直接得出是否出现了主用户的最终结果；

用户端收发单元，用于接收来自基站端的低级或高级频谱感知控制指令，并在所述帧的特殊子帧时隙后或静默期结束后的上行子帧时隙内上报所述频谱感知操作的结果；

用户端执行单元，用于根据所述低级或高级频谱感知控制指令在所述帧的特殊子帧时隙或基站端设定的静默期内执行相应的低级或高级频谱感知操作。

其特征在于，所述无线帧中进一步包括半帧，所述半帧包括上行子帧、下行子帧以及为上下行子帧转换而设置的特殊子帧；所述分级频谱感知装置包括：

基站端收发单元，用于在任一半帧中的下行子帧时隙内发送低级或高级频谱感知控制指令，并接收来自用户端的上报结果；

基站端分析单元，用于分析来自用户端的低级或高级频谱感知操作结果，根据分析结果生成下一步频谱感知控制指令，或直接得出是否出现了主用户的最终结果；

用户端收发单元，用于接收来自基站端的低级或高级频谱感知控制指令，并在所述半帧的特殊子帧时隙后或静默期结束后的上行子帧时隙内上报所述频谱感知操作的结果；

用户端执行单元，用于根据所述低级或高级频谱感知控制指令在所述半帧的特殊子帧时隙或基站端设定的静默期内执行相应的低级或高级频谱感知操作。

其特征在于，所述基站端分析单元包括：

基站端判断单元，用于判断来自用户端的频谱感知操作结果，生成判断结果；

基站端频谱感知控制指令生成单元，根据所述判断结果的类型生成对应的频谱感知控制指令。

(三)有益效果

本发明技术方案所提供的一种认知无线网络中分级频谱感知方法及装置，巧妙了利用了时分系统帧结构中用于上下行转换的特殊子帧进行低级频谱感知，如果低级频谱感知算法检测到了主用户的存在才在相应的上行子帧进行上报，节省了上报信令开销；而且将低级频谱感知算法放在特殊子帧的时间中运行，既不会损害认知用户的通信质量、降低认知无线网络系统的吞吐量，而且能够快速的感知到主用户的存在；进一步采用静默期来运行高级频谱感知操作的理由是为了降低主用户的虚警概率，即当主用户实际上没有出现，而低级频谱感知操作过程中可能由于无线环境等各方面的原因却误认为主用户出现了的情况，这时网络可以配置合适的高级频谱感知参数，在不影响现有认知用户通信的静默期时长内来运行高级频谱感知操作，进一步确定是否真正出现了主用户、主用户的类型、功率等信息，作为之后认知无线网络的决策依据，同时通过消除了虚警的情况，进一步提高了系统的吞吐量。

附图说明

图1为根据本发明实施例的认知无线网络中的分级频谱感知装置的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的认知无线网络中的分级频谱感知方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，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描述。

下面具体描述本发明技术方案所涉及的分级频谱感知方法。

实施例1

该感知方法涉及无线帧包括下行子帧、上行子帧以及为上下行子帧转换而设置的特殊子帧，所述分级频谱感知方法包括如下步骤：

步骤1：在任一个帧的下行子帧时隙内，基站端通过物理下行控制信道向用户端发送包含低级频谱感知控制指令的下行控制信息；其中，低级频谱感知控制指令包含低级频谱目标频段参数以及门限参数；所述低级频谱目标频段参数包括待感知的目标频段ID；所述门限参数包括该目标频段功率门限以及信噪比门限等参数(超过门限即认为主用户存在于该目标频段上)。

在接下来的特殊子帧时隙内，用户端对目标频段进行低级频谱感知操作，并在特殊子帧时隙后的上行子帧时隙内通过物理上行控制信道上报低级频谱感知结果至基站端，考虑到处理速度的问题，一般在特殊子帧之后的第一个上行子帧上报上一次低级频谱感知的结果；

所述低级频谱感知操作方式为复杂度较低、感知持续时长较短、一般感知持续时长量级为微秒级的频谱感知方法；例如能量感知算法，其感知持续时间较短，大概感知时长量级为几十微秒；

步骤2：重复步骤1，在若干个帧结束后，基站端对所述若干个上报感知结果进行分析，得出是否出现了主用户的初步结果；

步骤3：若步骤2中的分析结果为否，则重复执行步骤1-2；

若步骤2中的分析结果为是，则根据所述步骤2中进行分析的若干个低级频谱感知结果以及其余相关参数来得出进一步的高级频谱感知控制指令，并进入静默期；所述高级频谱感知控制指令包含目标频段参数以及静默期的起止时间参数；所述其余相关参数包括每个用户端上报结果的历史记录以及它们相应的置信度等参数。

在下一个帧的任一下行子帧时隙内，由基站端向用户端发送高级频谱感知控制指令；所述高级频谱感知控制指令所对应的高级频谱感知操作方式为复杂度较高、感知持续时长较长、一般感知持续时长量级为毫秒级的频谱感知方法；例如信号循环平稳感知算法，特征值检测，波形检测等算法，感知持续时间量级大约为几十毫秒的感知算法；

步骤4：在静默期内，用户端根据所述高级频谱感知控制指令对目标频段进行高级频谱感知操作，并在静默期结束后的第一个上行子帧时隙内，将高级频谱感知结果上报基站端；

步骤5：基站端根据所述高级频谱感知结果分析得出是否在某个频段出现主用户的最终结果。

此外，在所述方法中提及的用于频谱感知操作的时隙以外的其他时隙内，基站端与用户端均进行正常的业务通信。

实施例2

下面具体描述所述频谱感知方法所涉及的无线帧可进一步包括半帧的情况，所述半帧包括上行子帧、下行子帧以及为上下行子帧转换而设置的特殊子帧；所述分级频谱感知方法在基于半帧结构的情况可包括如下步骤：

步骤1：在任一个半帧的下行子帧时隙内，基站端通过物理下行控制信道向用户端发送包含低级频谱感知控制指令的下行控制信息；其中，低级频谱感知控制指令包含低级频谱目标频段参数以及门限参数；所述低级频谱目标频段参数包括待感知的目标频段ID；所述门限参数包括该目标频段功率门限以及信噪比门限等参数(超过门限即认为主用户存在于该目标频段上)。

在接下来的特殊子帧时隙内，用户端对目标频段进行低级频谱感知操作，并在特殊子帧时隙后的上行子帧时隙内通过物理上行控制信道上报低级频谱感知结果至基站端，考虑到处理速度的问题，一般在特殊子帧之后的第一个上行子帧上报上一次低级频谱感知的结果；

所述低级频谱感知操作方式为复杂度较低、感知持续时长较短、一般感知持续时长量级为微秒级的频谱感知方法；例如能量感知算法，其感知持续时间较短，大概感知时长量级为几十微秒；

步骤2：重复步骤1，在若干个半帧结束后，基站端对所述若干个上报感知结果进行分析，得出是否出现了主用户的初步结果；

步骤3：若步骤2中的分析结果为否，则重复执行步骤1-2；

若步骤2中的分析结果为是，则根据所述步骤2中进行分析的若干个低级频谱感知结果以及其余相关参数来得出进一步的高级频谱感知控制指令，并进入静默期；所述高级频谱感知控制指令包含目标频段参数以及静默期的起止时间参数；所述其余相关参数包括每个用户端上报结果的历史记录以及它们相应的置信度等参数。

在下一个半帧的任一下行子帧时隙内，由基站端向用户端发送高级频谱感知控制指令；所述高级频谱感知控制指令所对应的高级频谱感知操作方式为复杂度较高、感知持续时长较长、一般感知持续时长量级为毫秒级的频谱感知方法；例如信号循环平稳感知算法，特征值检测，波形检测等算法，感知持续时间量级大约为几十毫秒的感知算法；

步骤4：在静默期内，用户端根据所述高级频谱感知控制指令对目标频段进行高级频谱感知操作，并在静默期结束后的第一个上行子帧时隙内，将高级频谱感知结果上报基站端；

步骤5：基站端根据所述高级频谱感知结果分析得出是否在某个频段出现主用户的最终结果。

此外，在所述方法中提及的用于频谱感知操作的时隙以外的其他时隙内，基站端与用户端均进行正常的业务通信。

实施例3

下面具体描述本发明技术方案所涉及的分级频谱感知装置。

如图1所示，该感知装置涉及的无线帧包括下行子帧、上行子帧以及为上下行子帧转换而设置的特殊子帧，所述分级频谱感知装置包括：

基站端收发单元，用于在任一帧中的下行子帧时隙内发送低级或高级频谱感知控制指令，并接收来自用户端的上报结果；

其中，所述低级频谱感知控制指令包含低级频谱目标频段参数以及门限参数，被包含于下行控制信息内，通过物理下行控制信道进行发送；所述低级频谱目标频段参数包括待感知的目标频段ID；所述门限参数包括该目标频段功率门限以及信噪比门限等参数(超过门限即认为主用户存在于该目标频段上)。

所述低级频谱感知控制指令所对应的用户端执行的低级频谱感知操作方式为复杂度较低、感知时长较短的频谱感知方法，例如能量感知算法，其感知持续时间较短，大概感知时长量级为几十微秒；所述低级频谱感知操作的结果由用户端发送单元通过物理上行控制信道发送至基站端执行单元；

其中，所述高级频谱感知控制指令由若干个所述低级频谱感知操作的结果以及每个用户端上报结果的历史记录以及它们相应的置信度等参数来决定；所述高级频谱感知控制指令包含目标频段参数以及静默期的起止时间参数；所述高级频谱感知控制指令所对应的用户端执行的高级频谱感知操作方式为复杂度较高、感知精度较高的感知方法；例如信号循环平稳感知算法，特征值检测，波形检测等算法，感知持续时间量级大约为几十毫秒的感知算法；

基站端分析单元，用于分析来自用户端的低级或高级频谱感知操作结果，根据分析结果生成下一步频谱感知控制指令，或直接得出是否出现了主用户的最终结果；

用户端收发单元，用于接收来自基站端的低级或高级频谱感知控制指令，并在所述帧的特殊子帧时隙后或静默期结束后的第一个上行子帧时隙内上报所述频谱感知操作的结果；

用户端执行单元，用于根据所述低级或高级频谱感知控制指令在所述帧的特殊子帧时隙或基站端设定的静默期内执行相应的低级或高级频谱感知操作。

其中，所述基站端分析单元包括：

基站端判断单元，用于判断来自用户端的频谱感知操作结果，生成判断结果；

基站端频谱感知控制指令生成单元，根据所述判断结果的类型生成对应的频谱感知控制指令。

所述判断结果根据情况不同可为不同的类型：

1)假若判断对象为初级频谱感知操作结果，则首先需判断该初级频谱感知操作结果的个数是否已达到用户预先设定的个数；

若否，则指示基站端频谱感知控制指令生成单元继续生成初级频谱感知控制指令；

若是，则判断得出是否出现主用户的初步结果：a)在该情况下，若得到主用户没有出现的结果，则指示基站端频谱感知控制指令生成单元继续生成初级频谱感知控制指令；b)若得到主用户可能出现了的结果，则指示基站端频谱感知控制指令生成单元生成高级频谱感知控制指令；

2)假若判断对象为高级频谱感知操作结果，则判断得出主用户是否出现的最终结果，若是，则发送最终主用户出现确认结果至上层控制平台，若否，则指示基站端频谱感知控制指令生成单元继续生成初级频谱感知控制指令。

实施例4

下面具体描述所述频谱感知装置所涉及的无线帧可进一步包括半帧的情况，所述半帧包括上行子帧、下行子帧以及为上下行子帧转换而设置的特殊子帧；所述分级频谱感知装置包括：

基站端收发单元，用于在任一半帧中的下行子帧时隙内发送低级或高级频谱感知控制指令，并接收来自用户端的上报结果；

其中，所述低级频谱感知控制指令包含低级频谱目标频段参数以及门限参数，被包含于下行控制信息内，通过物理下行控制信道进行发送；所述低级频谱目标频段参数包括待感知的目标频段ID；所述门限参数包括该目标频段功率门限以及信噪比门限等参数(超过门限即认为主用户存在于该目标频段上)。

所述低级频谱感知控制指令所对应的用户端执行的低级频谱感知操作方式为复杂度较低、感知时长较短的频谱感知方法，例如能量感知算法，其感知持续时间较短，大概感知时长量级为几十微秒；所述低级频谱感知操作的结果由用户端发送单元通过物理上行控制信道发送至基站端执行单元；

其中，所述高级频谱感知控制指令由若干个所述低级频谱感知操作的结果以及每个用户端上报结果的历史记录以及它们相应的置信度等参数来决定；所述高级频谱感知控制指令包含目标频段参数以及静默期的起止时间参数；所述高级频谱感知控制指令所对应的用户端执行的高级频谱感知操作方式为复杂度较高、感知精度较高的感知方法；例如信号循环平稳感知算法，特征值检测，波形检测等算法，感知持续时间量级大约为几十毫秒的感知算法；

基站端分析单元，用于分析来自用户端的低级或高级频谱感知操作结果，根据分析结果生成下一步频谱感知控制指令，或直接得出是否出现了主用户的最终结果；

用户端收发单元，用于接收来自基站端的低级或高级频谱感知控制指令，并在所述半帧的特殊子帧时隙后或静默期结束后的第一个上行子帧时隙内上报所述频谱感知操作的结果；

用户端执行单元，用于根据所述低级或高级频谱感知控制指令在所述半帧的特殊子帧时隙或基站端设定的静默期内执行相应的低级或高级频谱感知操作。

其中，所述基站端分析单元包括：

基站端判断单元，用于判断来自用户端的频谱感知操作结果，生成判断结果；

基站端频谱感知控制指令生成单元，根据所述判断结果的类型生成对应的频谱感知控制指令。

所述判断结果根据情况不同可为不同的类型：

1)假若判断对象为初级频谱感知操作结果，则首先需判断该初级频谱感知操作结果的个数是否已达到用户预先设定的个数；

若否，则指示基站端频谱感知控制指令生成单元继续生成初级频谱感知控制指令；

若是，则判断得出是否出现主用户的初步结果：a)在该情况下，若得到主用户没有出现的结果，则指示基站端频谱感知控制指令生成单元继续生成初级频谱感知控制指令；b)若得到主用户可能出现了的结果，则指示基站端频谱感知控制指令生成单元生成高级频谱感知控制指令；

2)假若判断对象为高级频谱感知操作结果，则判断得出主用户是否出现的最终结果，若是，则发送最终主用户出现确认结果至上层控制平台，若否，则指示基站端频谱感知控制指令生成单元继续生成初级频谱感知控制指令。

实施例5

下面结合具体的长期演进时分双工移动通信系统中网络帧结构来对本发明的技术方案进行具体说明，该长期演进时分双工移动通信系统网络的上下行子帧配比定义为DSUDD DSUDD，其中，D代表下行子帧、S代表特殊子帧、U代表上行子帧，即一个半帧的序列依次由一个下行子帧时隙、一个特殊子帧时隙、一个上行子帧时隙以及两个连续的下行子帧时隙组成，且规定2次低级频谱感知过后用户端上报低级频谱感知结果至基站端，而在实际操作情况中，上下行配比及低级频谱感知次数均为用户可自定义配置的参数。

如图2所示，根据本发明技术方案的一个实施例的具体的操作步骤为：

步骤S1：在一个半帧的特殊子帧时隙到来前，在下行子帧时隙内，基站端通过物理下行控制信道(PDCCH)将下行控制信息(DCI)发送给终端侧，DCI信息中包含了第n次低级频谱感知的目标频段；此处，定义为第n次低级频谱感知的涵义为连续分级频谱感知操作过程中任意选取的一个说明起始点；

步骤S2：在特殊子帧时隙内，基站端和用户端都进行上下行转换之后，终端侧利用特殊子帧剩余时间对上一子帧配置的各个目标频段进行第n次低级频谱感知；

步骤S3：在接下来的上行子帧时隙内，终端端通过物理上行控制信道(PUCCH)将第n-1次低级频谱感知结果上报基站端，即实际操作过程中，S1步骤之前的倒数第一个特殊子帧时隙内所进行的低级频谱感知的结果；之所以这样，考虑到处理速度的问题，在特殊子帧之后的第一个上行子帧紧接着上报低级频谱感知结果是不太可能的；

步骤S4：在连续两个下行子帧时隙内，基站端及用户端均进行正常的通信；

步骤S5：重复步骤S1-3；同步骤S1，在下一个半帧的特殊子帧到来之前的下行子帧时隙内，基站端通过PDCCH配置第n+1次低级频谱感知的目标频段；同步骤S2，在特殊子帧时隙内，基站端和用户端都进行上下行转换之后，用户端利用特殊子帧剩余时间对上一子帧配置的各个目标频段进行第n+1次低级频谱感知；同步骤S3，在上行子帧时隙内，用户端通过PUCCH将第n次低级频谱感知结果上报基站端；

步骤S6：至此，基站端已经连续收到2次低级频谱感知结果，在接下来的两个连续的下行子帧时隙内，系统进行正常通信的同时，基站端需要对各个用户端上报的低级频谱感知结果进行分析，得出主用户是否出现的初步结果，根据该初步结果来决定是否需要配置静默期来执行高级频谱感知过程；如果不需要，则在接下来的半帧中重复如上步骤S1-5的过程，继续进行低级频谱感知并上报；如果需要，则跳到步骤S7；

此处的初步结果现可能表示出现了主用户，也可能表示没有出现主用户；在表示没有出现主用户的情况下，自然系统可以继续进行正常通信，而基站端与用户端则重复前述的低级频谱感知的相关操作；而在表示出现了主用户的情况下，这个初步结果因为无线网络环境等各方面干扰因素的存在，并不能被认定为主用户出现的这个结果是真正准确的，即有可能是误报，此时基站端为了进一步验证该结果的真实性，则采取配置静默期指示用户端进一步执行更为精确的高级频谱感知操作；

步骤S7：在接下来的一个半帧的第一个下行子帧时隙内，基站端在RRC消息中配置了各个用户端的高级频谱感知的目标频段，以及静默期的起止时间，并通过物理下行共享控制信道(PDSCH)将该RRC消息发送给各个终端；

步骤S8：在静默期未到的各个子帧，基站端和用户端均继续进行正常通信；在静默期，用户端根据配置对目标频段进行高级频谱感知，基站端可进行感知也可以不进行；

步骤S9：在静默期之后第一个上行子帧未到之前的各个子帧时隙内，基站端和用户端继续进行正常通信；静默期之后的第一个上行子帧时隙内，用户端将高级频谱感知的结果通过物理上行共享控制信道(PUSCH)上报基站端；

步骤S10：至此，一个周期的两级频谱感知结束，基站端在收到各个用户端上报的高级频谱感知结果之后，基站端可以进行数据融合以及分析算法来决策是否在某个频段上出现的了主用户，此时的结果则为最终结果。

本发明所提供的技术方案不局限于上述长期演进时分双工移动通信系统，其同样可应用其余具备类似帧结构的通信网络，比如TD-SCDMA通信系统，以及其它具备帧结构包括上下行转换子帧或者保护时隙(GP)的通信系统，比如Wimax通信系统。

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形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种认知无线网络中的分级频谱感知方法，其特征在于，所述感知方法涉及的无线帧包括下行子帧、上行子帧以及为上下行子帧转换而设置的特殊子帧，所述分级频谱感知方法包括如下步骤：

步骤1：在任一个帧的特殊子帧时隙内，用户端对目标频段进行低级频谱感知操作，并在上行子帧时隙内上报低级频谱感知结果至基站端；

所述低级频谱感知操作方式为感知持续时长量级为微秒级的频谱感知方法；

步骤2：重复步骤1，在若干个帧结束后，基站端对所述若干个上报感知结果进行分析，得出是否出现了主用户的初步结果；

步骤3：若步骤2中的分析结果为否，则重复执行步骤1-2；

若步骤2中的分析结果为是，则在下一个帧的任一下行子帧时隙内，由基站端向用户端发送高级频谱感知控制指令，并进入静默期；所述高级频谱感知控制指令所对应的高级频谱感知操作方式为感知持续时长量级为毫秒级的频谱感知方法；

步骤4：在静默期内，用户端根据所述高级频谱感知控制指令对目标频段进行高级频谱感知操作，并在静默期结束后的第一个上行子帧时隙内，将高级频谱感知结果上报基站端；

步骤5：基站端根据所述高级频谱感知结果分析得出是否在某个频段出现主用户的最终结果。

2.如权利要求1所述的认知无线网络中的分级频谱感知方法，其特征在于，所述无线帧中进一步包括半帧，所述半帧包括上行子帧、下行子帧以及为上下行子帧转换而设置的特殊子帧；所述分级频谱感知方法包括如下步骤：

步骤1：在任一个半帧的特殊子帧时隙内，用户端对目标频段进行低级频谱感知操作，并在上行子帧时隙内上报低级频谱感知结果至基站端；

所述低级频谱感知操作方式为感知持续时长量级为微秒级的频谱感知方法；

步骤2：重复步骤1，在若干个半帧结束后，基站端对所述若干个上报感知结果进行分析，得出是否出现了主用户的初步结果；

步骤3：若步骤2中的分析结果为否，则重复执行步骤1-2；

若步骤2中的分析结果为是，则在下一个半帧的任一下行子帧时隙内，由基站端向用户端发送高级频谱感知控制指令，并进入静默期；所述高级频谱感知控制指令所对应的高级频谱感知操作方式为感知持续时长量级为毫秒级的频谱感知方法；

步骤4：在静默期内，用户端根据所述高级频谱感知控制指令对目标频段进行高级频谱感知操作，并在静默期结束后的第一个上行子帧时隙内，将高级频谱感知结果上报基站端；

步骤5：基站端根据所述高级频谱感知结果分析得出是否在某个频段出现主用户的最终结果。

3.如权利要求1或2所述的认知无线网络中的分级频谱感知方法，其特征在于，所述步骤1之前，该方法进一步包括：在所述任一个帧或半帧的特殊子帧时隙之前的下行子帧时隙内，基站端向用户端发送低级频谱感知控制指令。

4.如权利要求3所述的认知无线网络中的分级频谱感知方法，其特征在于，所述低级频谱感知控制指令包含低级频谱目标频段参数以及门限参数。

5.如权利要求3所述的认知无线网络中的分级频谱感知方法，其特征在于，所述低级频谱感知控制指令被包含于下行控制信息内，通过物理下行控制信道进行发送。

6.如权利要求1或2所述的认知无线网络中的分级频谱感知方法，其特征在于，所述步骤1中用户端在上行子帧时隙内通过物理上行控制信道上报低级频谱感知结果至基站端。

7.如权利要求1或2所述的认知无线网络中的分级频谱感知方法，其特征在于，所述步骤3中基站端根据所述步骤2中进行分析的若干个低级频谱感知结果、每个用户端上报结果的历史记录以及它们相应的置信度参数来决定所述高级频谱感知控制指令；

所述高级频谱感知控制指令包含目标频段参数以及静默期的起止时间参数。

8.一种认知无线网络中的分级频谱感知装置，其特征在于，所述感知装置涉及的无线帧包括下行子帧、上行子帧以及为上下行子帧转换而设置的特殊子帧，所述分级频谱感知装置包括：

基站端收发单元，用于在任一帧中的下行子帧时隙内发送低级或高级频谱感知控制指令，并接收来自用户端的上报结果；

基站端分析单元，用于分析来自用户端的低级或高级频谱感知操作结果，根据分析结果生成下一步频谱感知控制指令，或直接得出是否出现了主用户的最终结果；

用户端收发单元，用于接收来自基站端的低级或高级频谱感知控制指令，并在所述帧的特殊子帧时隙后或静默期结束后的上行子帧时隙内上报所述频谱感知操作的结果；

用户端执行单元，用于根据所述低级或高级频谱感知控制指令在所述帧的特殊子帧时隙或基站端设定的静默期内执行相应的低级或高级频谱感知操作。

9.如权利要求8所述的认知无线网络中的分级频谱感知装置，其特征在于，所述无线帧中进一步包括半帧，所述半帧包括上行子帧、下行子帧以及为上下行子帧转换而设置的特殊子帧；所述分级频谱感知装置包括：

基站端收发单元，用于在任一半帧中的下行子帧时隙内发送低级或高级频谱感知控制指令，并接收来自用户端的上报结果；

基站端分析单元，用于分析来自用户端的低级或高级频谱感知操作结果，根据分析结果生成下一步频谱感知控制指令，或直接得出是否出现了主用户的最终结果；

用户端收发单元，用于接收来自基站端的低级或高级频谱感知控制指令，并在所述半帧的特殊子帧时隙后或静默期结束后的上行子帧时隙内上报所述频谱感知操作的结果；

用户端执行单元，用于根据所述低级或高级频谱感知控制指令在所述半帧的特殊子帧时隙或基站端设定的静默期内执行相应的低级或高级频谱感知操作。

10.如权利要求8或9所述的认知无线网络中的分级频谱感知装置，其特征在于，所述基站端分析单元包括：

基站端判断单元，用于判断来自用户端的频谱感知操作结果，生成判断结果；

基站端频谱感知控制指令生成单元，根据所述判断结果的类型生成对应的频谱感知控制指令。

Images