CN102118196A - 一种信道替换方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信道替换方法和装置，包括：通过检测与认知无线电系统共用频谱信道的授权系统的信道，确定出认知无线电系统中当前各主用信道中的当前不可用主用信道；主用信道为当前用于业务应用的信道；并使用认知无线电系统中当前各备用信道中的当前可用备用信道替换确定出的当前不可用主用信道，作为主用信道用于业务应用。采用本发明提供的方法和装置，实现了根据系统当前可用信道的变化情况进行信道分配调整，以降低因当前可用信道的变化引起的系统内部干扰，进而提高系统性能。

Description

一种信道替换方法和装置

技术领域

本发明涉及通信领域中的认知无线电技术领域，尤其涉及一种应用于认知无线电系统的信道替换方法和装置。

背景技术

近年来，随着无线通信业务需求的持续增长，无线通信系统对无线频谱资源的需求不断增加，频谱资源变得十分稀缺。但研究表明：目前适宜无线通信的频谱资源一方面十分稀缺，一方面又浪费严重。因此，人们提出了认知无线电技术(Cognitive Radio：CR)技术，它被认为是解决当前无线频谱资源紧张和频谱资源利用效率低下的最有希望的技术。

认知无线电技术中，可将现有系统称为主用系统，认知无线电系统与主用系统可共用频谱信道，主用系统也可称之为授权系统，认知无线电系统称之为非授权系统。主用系统相对于认知无线电系统来说为频率大区制组网系统，认知无线电系统相对于主用系统来说为小区制组网系统；主用系统业务的时间分布和频谱分布并不连续，可能长时间不使用其工作频段，此时，认知无线电系统可利用主用系统运营中的空闲频谱进行传输运营。主用系统和认知无线电系统进行频谱共用的前提是：认知无线电系统的引入不能对主用系统造成有害干扰、影响主用系统的正常运营。这就要求认知无线电系统是具有频谱认知功能的非授权系统，可以感知周围的环境，持续检测已授权频段中主用系统的频谱资源使用情况，并在保证主用系统优先使用和传输性能几乎不受损的情况下使用当前检测到的空闲频谱进行通信。无线电管理机构可以允许认知无线电系统在符合一定规则的前提条件下，在主用系统的频谱中工作，动态利用频谱空洞进行通信，以达到提高频谱的利用率。

认知无线电系统的网络和其他蜂窝通信系统一样，在网络规划时也需要确定频率复用模式，并进行频率规划，其中：

频率复用是基于无线电波传播路径损耗特性来实现的，其单位为载波。当两个基站之间距离足够远，那么用于一个基站的载波频率可以被另一个基站的载波频率复用，从而提高了频谱效率。每个基站覆盖的区域称为蜂窝小区，使用相同频率的蜂窝小区称为同频小区。这些同频小区之间的距离称为频率复用距离。在设计中，频率复用距离必须足够远，以使同信道干扰电平足够低，从而保证覆盖质量。

频率规划的基本单位是小区簇，以簇为单位在覆盖区域内进行频率复用。簇是一组若干个小区的集合，这若干个小区使用了全部可用的频谱资源，但各小区工作频率却不同，簇内各小区分布方式和频率分配方案决定了频率复用模式。

现有蜂窝系统网络规划时考虑的频率复用模式都是静态的频率复用，也就是说复用距离和复用方式一经设定后就固定不变。频率规划时所考虑的可用信道都是静态的，也就是说所规划信道中只有蜂窝无线通信业务存在，不会有其他业务对蜂窝系统造成干扰使信道的可用状态发生变化。

然而，认知无线电系统中，由于需要寻找并使用主用系统的空闲频谱进行覆盖。同时，要求认知无线电系统对主用系统空闲频谱的使用必须不能对主用系统产生有害干扰。所以，根据主用系统所使用信道的变化情况，认知无线电系统需要实时调整其使用的信道，避免对主用系统的信道使用造成影响。也就是说，认知无线电系统所能使用的频谱资源是实时变化的。

如果在认知无线电系统中采用传统频率规划方法，当信道可用情况变化时，一方面系统将可能面临无法根据频率规划确定下一时刻所使用频率资源的问题；另一方面系统的频率复用距离可能发生变化，导致系统内部干扰情况变恶劣，进而导致系统性能的降低。

发明内容

本发明实施例提供一种信道替换方法和装置，用以实现根据系统当前可用信道的变化情况进行信道分配调整，以降低因当前可用信道的变化引起的系统内部干扰，进而提高系统性能。

本发明实施例提供一种信道替换方法，应用于认知无线电系统，包括：

通过检测与认知无线电系统共用频谱信道的主用系统的信道，确定出所述认知无线电系统中当前各主用信道中的当前不可用主用信道；所述主用信道为当前用于业务应用的信道；

使用所述认知无线电系统中当前各备用信道中的当前可用备用信道替换所述当前不可用主用信道，作为主用信道用于业务应用。

本发明实施例还提供一种信道替换装置，应用于认知无线电系统，包括：

确定单元，用于通过检测与认知无线电系统共用频谱信道的主用系统的信道，确定出当前各主用信道中的当前不可用主用信道；所述主用信道为当前用于业务应用的信道；

替换单元，用于使用当前各备用信道中的当前可用备用信道替换所述当前不可用主用信道，作为主用信道用于业务应用。

本发明实施例提供的方法中，当通过检测与认知无线电系统共用频谱信道的主用系统的信道，确定出当前各主用信道中存在当前不可用主用信道时，即表示由于当前不可用主用信道的存在，如仍按原有频率规划中的信道分配方式，会使得同频小区之间的频率复用距离减小，导致系统内部干扰情况变恶劣，此时，将当前各备用信道中的当前可用备用信道替换确定出的当前不可用主用信道后，即可恢复原有频率规划中同频小区之间的频率复用距离，进而减少系统内部干扰，提高了系统性能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的信道替换方法的流程图；

图2为本发明实施例中系统小区设置模式示意图；

图3为本发明实施例中为每扇区分配信道的示意图；

图4为本发明实施例中每扇区分配的信道及其占用情况示意图；

图5为本发明实施例中同一基站高业务量扇区向一个相邻低业务量扇区临时借用一个信道的示意图；

图6为本发明实施例中同一基站高业务量扇区向两个相邻低业务量扇区临时分别借用一个信道的示意图；

图7为本发明实施例提供的信道替换装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种信道替换方法，如图1所示，包括：

步骤S101、通过检测与认知无线电系统共用频谱信道的主用系统的信道，确定出认知无线电系统中当前各主用信道中的当前不可用主用信道；主用信道为当前用于业务应用的信道。

步骤S102、使用认知无线电系统中当前各备用信道中的当前可用备用信道替换确定出的当前不可用主用信道，作为主用信道用于业务应用。

下面结合附图，通过对频率规划中信道的初始分配和信道可用情况变化后的信道替换的完整流程的描述，对本发明实施例提供的方法进行详细描述。

本发明实施例中，认知无线电系统可采用各种制式的系统，如TD-SCDMA系统，OFDMA系统等，下面以TD-SCDMA为例，图2所示为系统小区设置模式，其中，每个小区簇包括1个基站，则4个小区簇包括4个基站，分别记为 B₁、B₂、B₃和B₄，每个基站覆盖的区域划分为3个扇区，分别记为S_1，1、S_1，2、S_1，3。

本发明实施例对于每个小区簇预先设置M个主用信道，且M大于等于小区簇包括的基站的数量N，主用信道即为当前可用于业务应用的信道；同时预先设置C个备用信道，备用信道为暂不用于业务应用的信道，主用信道和备用信道的数量可根据系统的制式以及小区簇内基站和扇区的划分情况进行灵活设置；例如，本发明实施例中，假设该TD-SCDMA制式的认知无线电系统与一个大区制覆盖的主用系统共用15个TD-SCDMA频谱信道，并设置主用信道的数量M为9、备用信道的数量C为6。

由于主用信道为当前可用于业务应用的信道，而备用信道为暂不用于业务应用的信道，所以对于主用信道和备用信道的初始设置，考虑到尽可能减少对主用系统的干扰，可以在与主用系统共用的全部信道中，选择主用系统使用率较低的信道作为主用信道，具体可以如下：

在认知无线电系统开始运行前，检测各信道的接收功率，并按各信道接收功率由弱到强的顺序对各信道进行排序，此时接收功率小的就是受主用系统影响小的信道，所以将排序靠前的第一设定数量(即上述M)个信道设为主用信道，并将除主用信道外，剩余的排序靠前的第二设定数量(即上述C)个信道设为备用信道。

本发明实施例中，进行频率规划时首先为小区簇内基站的各扇区进行主用信道的分配，具体可以采用现有技术中的各种信道替换方法，例如：

基于TD-SCDMA系统的特性，将每个主用信道分配给不同的扇区，以上述一个基站划分3个扇区，共设置9个主用信道，分别为信道1-信道9为例，给每个扇区分配3个主用信道，如将信道1、信道2和信道3分配给扇区1，将信道4、信道5和信道6分配给扇区2，将信道7、信道8和信道9分配给扇区3；分配结果如表1所示：

表1：主用信道分配表

扇区	扇区1	扇区2	扇区3
				信道	1/2/3	4/5/6	7/8/9

从上述表1中可以发现，这是一种传统的信道复用模式，每个扇区所分配的信道均不重复，且每个扇区分配到的信道设定优先级，以扇区1为例，设定信道1的优先级高于信道2，信道2的优先级高于信道3，进行业务应用时优先使用优先级较高的信道，信道分配示意图如图3所示。

在上述的信道替换方法中，还可以进一步增加其他辅助方法，使得信道替换方法的适用范围更为广泛，效果更好，例如：

同一基站各扇区间信道的临时借用：

如图4所示，当某基站的扇区1业务量较大时，扇区1使用3个主用信道，信道编号为：1/2/3，此时扇区2和扇区3的业务量较小，只使用1个主用信道，其中扇区2使用编号为4的主用信道，扇区3使用编号为7的主用信道。

当扇区1的业务量逐渐增加，需要增加第4个信道时，如果其它两个扇区业务量变化不明显，还存在空闲的主用信道，此时可以启用其它扇区最低优先级的信道，如扇区1可以向扇区2临时借用空闲的最低优先级的信道6，此时该基站各扇区的信道分配示意图如图5所示。

当扇区1的业务量继续增加，需要增加第5个信道时，如果其他两个扇区业务量仍然变化不明显，还存在空闲的主用信道，此时可以启用其它扇区最低优先级的信道，如扇区1可以向山区3临时借用空闲的最低优先级的信道9，此时该基站各扇区的信道分配示意图如图6所示。

根据上述的实现方法描述可以知道，信道优先级的引用实现了复用度随容量动态变化，适应了网络容量的动态变化，而信道的临时借用方法则增强了对基站内不同扇区间容量分布不均匀的适应能力，以及扇区业务剧烈变化的适应能力。

本发明实施例中，在采用上述方法进行主用信道的分配后，即完成了小区簇内基站各扇区的初始频率规划，进而小区簇内基站各扇区利用已分配的主用信道执行相关业务。

对于认知无线电系统，与其共用频率信道的主用系统当前所使用的信道发生变化后，认知无线电系统的当前可用信道必然发生变化。此时，当前已分配的主用信道中可能存在当前不可用主用信道。当某一个或多个主用信道变为不可用主用信道时，采用以下方法使用当前可用备用信道对不可用主用信道进行替换：

第一种情况：当当前各备用信道中的当前可用备用信道充足时，即不小于当前不可用主用信道的数量时，按照当前各备用信道的优先级从高到低的顺序，使用优先级较高的当前可用备用信道对全部当前不可用主用信道进行替换，作为主用信道用于业务应用。

较佳的，在替换当前不可用主用信道时，还可以按照当前不可用主用信道优先级从高到低的顺序，优先替换当前不可用主用信道中的优先级较高的当前不可用主用信道。

其中，根据各备用信道的接收功率强弱确定其优先级。接收功率弱即表示受干扰小，接收功率强即表示受干扰大，可能是主用系统正在使用的信道，因此，接收功率越弱，设定其优先级越高。

替换后的新主用信道的优先级即为被替换的当前不可用主用信道在各原主用信道中的优先级。

较佳的，将被替换的当前不可用主用信道作为备用信道，并设定其优先级最低，或根据接收功率强弱进行优先级设定。

例如：根据以上假设场景中各备用信道按优先级排序见表2，以“/”分割，且其中a\b\c为当前可用备用信道：

表2：各备用信道优先级排序

备用信道	a/b/c/d/e/f

当主用信道中信道4、信道5和信道8的可用状态变化为不可用，备用信道中的信道a、信道b和信道c态为当前可用时，使用信道a、信道b和信道c分别替换3个当前不可用主用信道，小区簇内基站各扇区的信道替换结果见表3：

表3：备用信道替换主用信道后的小区簇内基站各扇区信道分配和排序表

扇区	扇区1	扇区2	扇区3
				替换前信道	1/2/3	4/5/6	7/8/9
替换后信道	1/2/3	a/b/6	7/c/9

第二种情况：当备用信道中的当前可用备用信道不充足时，即小于当前不可用主用信道的数量时，使用当前可用备用信道替换部分当前不可用主用信道后，将剩余当前不可用主用信道标记为不可用，但优先级不变，当某一时刻该当前不可用主用信道状态恢复为可用状态后，再将该主用信道标记为可用。

较佳的，可以按照当前各备用信道的优先级从高到低的顺序，使用优先级较高的当前可用备用信道对当前不可用主用信道进行替换。

较佳的，在替换当前不可用主用信道时，还可以按照当前不可用主用信道优先级从高到低的顺序，优先替换当前不可用主用信道中的优先级较高的当前不可用主用信道。。

例如：上述假设场景中，各备用信道中仅信道a为当前可用备用信道，当信道4、信道5和信道8可用状态变化为不可用，采用信道a替换其中的一个当前不可用主用信道，其他当前不可用主用信道标记为不可用信道，但维持其在基站各扇区中的使用优先级不变，例如替换优先级较高的信道4，替换后小区簇内基站各扇区的信道分配和排序结果见表4，其中标记“*”号的信道为当前不可用主用信道：

表4：备用信道替换主用信道后的小区簇内基站各扇区信道分配和排序表

扇区	扇区1	扇区2	扇区3
				替换前信道	1/2/3	4/5/6	7/8/9
替换后信道	1/2/3	a/5*/6	7/8*/9

当信道5恢复可用，信道8仍然不可用时，小区簇内基站各信道分配和排序结果见表5，其中标记“*”号的信道为当前不可用主用信道：

表5：备用信道替换主用信道后的小区簇内基站各扇区信道分配和排序表

扇区	扇区1	扇区2	扇区3
				替换前信道	1/2/3	4/5/6	7/8/9
替换后信道	1/2/3	a/5/6	7/8*/9

从表1-5可以看出，使用当前可用备用信道替换当前不可用主用信道后，基本不改变信道规划和优先级顺序，通过这样的动态自适应频率规划方法实现认知无线电系统在频谱共用时的干扰控制和管理。

基于同一发明构思，根据本发明上述实施例提供的信道替换方法，相应地，本发明另一实施例还提供了一种信道替换装置，其结构示意图如图7所示，包括：

确定单元701，用于通过检测与认知无线电系统共用频谱信道的主用系统的信道，确定出认知无线电系统中当前各主用信道中的当前不可用主用信道；主用信道为当前用于业务应用的信道；

替换单元702，用于使用认知无线电系统中当前各备用信道中的当前可用备用信道替换当前不可用主用信道，作为主用信道用于业务应用。

较佳的，上述替换单元702，还用于将被替换的当前不可用主用信道作为备用信道。

较佳的，上述替换单元702，具体用于按照当前各备用信道的优先级从高到低的顺序，使用当前各备用信道中当前可用备用信道替换当前不可用主用信道；其中，接收功率越弱的备用信道的优先级越高。

较佳的，上述替换单元702，具体用于按照当前不可用主用信道优先级从高到低的顺序，使用当前各备用信道中的当前可用备用信道替换当前不可用主用信道。

较佳的，上述信道替换装置，还包括：初始设置单元703，用于按各信道接收功率由弱到强的顺序对各信道进行排序；并确定已排序的各信道中前第一设定数量个信道为主用信道；以及确定已排序的各信道中除确定出的主用信道外，前第二设定数量个信道为备用信道。

综上所述，本发明实施例提供的方案，包括：通过检测与认知无线电系统共用频谱信道的主用系统的信道，确定出认知无线电系统中当前各主用信道中的当前不可用主用信道；主用信道为当前用于业务应用的信道；并使用认知无线电系统中当前各备用信道中的当前可用备用信道替换确定出的当前不可用主用信道，作为主用信道用于业务应用。采用本发明实施例提供的方案，实现了根据系统当前可用信道的变化情况进行信道分配调整，以降低因当前可用信道的变化引起的系统内部干扰，进而提高系统性能。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种信道替换方法，其特征在于，包括：

通过检测与认知无线电系统共用频谱信道的主用系统的信道，确定出所述认知无线电系统中当前各主用信道中的当前不可用主用信道；所述主用信道为当前用于业务应用的信道；

使用所述认知无线电系统中当前各备用信道中的当前可用备用信道替换所述当前不可用主用信道，作为主用信道用于业务应用。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

将被替换的所述当前不可用主用信道作为备用信道。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用当前各备用信道中的当前可用备用信道替换所述当前不可用主用信道，具体包括：

按照当前各备用信道的优先级从高到低的顺序，使用当前各备用信道中的当前可用备用信道替换所述当前不可用主用信道；其中，接收功率越弱的备用信道的优先级越高。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用当前各备用信道中的当前可用备用信道替换所述当前不可用主用信道，具体包括：

按照所述当前不可用主用信道优先级从高到低的顺序，使用当前各备用信道中的当前可用备用信道替换所述当前不可用主用信道。

5.如权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，对主用信道和备用信道的初始设置，具体包括：

按各信道接收功率由弱到强的顺序对各信道进行排序；

确定已排序的各信道中前第一设定数量个信道为主用信道；

确定已排序的各信道中除确定出的主用信道外，前第二设定数量个信道为备用信道。

6.一种信道替换装置，其特征在于，包括：

确定单元，用于通过检测与认知无线电系统共用频谱信道的主用系统的信道，确定出所述认知无线电系统中当前各主用信道中的当前不可用主用信道；所述主用信道为当前用于业务应用的信道；

替换单元，用于使用所述认知无线电系统中当前各备用信道中的当前可用备用信道替换所述当前不可用主用信道，作为主用信道用于业务应用。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述替换单元，还用于将被替换的所述当前不可用主用信道作为备用信道。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述替换单元，具体用于按照当前各备用信道的优先级从高到低的顺序，使用当前各备用信道中的当前可用备用信道替换所述当前不可用主用信道；其中，接收功率越弱的备用信道的优先级越高。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述替换单元，具体用于按照所述当前不可用主用信道优先级从高到低的顺序，使用当前各备用信道中的当前可用备用信道替换所述当前不可用主用信道。

10.如权利要求6-9任一所述的装置，其特征在于，还包括：初始设置单元，用于按各信道接收功率由弱到强的顺序对各信道进行排序；并确定已排序的各信道中前第一设定数量个信道为主用信道；以及确定已排序的各信道中除确定出的主用信道外，前第二设定数量个信道为备用信道。

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