CN102209328B

CN102209328B - 感知无线网络的共享协作频谱感知方法、感知节点和汇聚中心

Info

Publication number: CN102209328B
Application number: CN201010137418.9A
Authority: CN
Inventors: 杨峰; 邱吉刚
Original assignee: Alcatel Lucent Shanghai Bell Co Ltd
Current assignee: Nokia Shanghai Bell Co Ltd
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: WO2011121443A3; WO2011121443A2; CN102209328A

Abstract

本发明的实施方式提供感知无线网络的共享协作频谱感知方法、本地感知节点和汇聚中心。根据本发明，在共享的协作频谱感知中，共享从不同感知无线网络的感知节点收集来的感知信息。在汇聚中心，做出频谱判决不仅仅基于其自身的感知节点的感知信息，而且还基于共享其感知信息的相邻的感知节点的感知信息。在共址的感知无线网络之间共享感知信息相当于扩展了协作感知节点数，但不会增加额外的感知开销。因此，整体的感知性能可得到显著提高。

Description

感知无线网络的共享协作频谱感知方法、感知节点和汇聚中心

技术领域

本发明涉及通信技术，尤其涉及感知无线网络的协作频谱感知方法和感知节点。

背景技术

授权频谱下的频谱共享系统中，主系统和从系统共享某一频谱资源，当主系统不占用此频谱资源时，从系统可以机会性的使用此空闲资源。主系统对频谱的使用拥有特权，可以随时接入。从系统是机会性的使用频谱，如果频谱未被主系统占用，从系统就能使用上述频谱；当主系统使用该频谱时，从系统需要避让。为了避免对主系统产生有害干扰，从系统必须周期性的检测主系统的存在状态，即次系统应该周期性的感知频谱资源是否可用。如果主系统不占用该频谱资源，次系统可以使用该频谱资源；当主系统占用该频谱资源，次系统就不能使用该频谱资源。为提高频谱利用率，次系统应发现尽可能多的空闲频谱，另一方面，次系统应避免对主系统产生有害的干扰。这就要求次系统的频谱感知必须是可靠的。因此，频谱感知对频谱系统来说是最基本的要求，精确的频谱感知是次系统有效接入频谱的基础，而可靠的频谱感知则能避免给主系统产生有害的干扰。

在感知无线网络中，感知系统通常为次系统。主系统的主信号通常遭受衰落和阴影，很难获得一个可靠的感知。因此，有多个感知节点的协作频谱感知应运而生，如国际标准化组织IEEE 802.22的草案。在协作频谱感知系统中，包括有汇聚中心和多个分布式感知节点。分布式感知节点发送测量结果到汇聚中心。汇聚中心是中央处理器，基于收集到的来自分布式感知节点的感知信息，汇聚中心以不同的策略进行合并并作出全局频谱决定。一般而言，来自具有较多自信的感知节点将分配较大的权重，对最终的频谱决定的贡献也较多，而较低自信度的感知节点将分配较小的权重，对最终的频谱决定的贡献也较小。并且，汇聚中心指导分布式感知节点进行感知。例如，汇聚中心通知感知节点何时开始感知，何时结束感知，执行哪个感知算法等。并且汇聚中心广播感知参数，如感知时间，最大虚警概率，门限等。在汇聚中心的指导下，每个感知节点执行本地感知，获得感知测量，然后，将本地感知测量反馈到汇聚中心以进行集中处理。

通过在多个感知节点的联合处理，可显著提高感知精确度。但是，感知节点数增加也会带了其它缺点。其一，增加感知开销，因为每个感知节点需要向汇聚中心反馈其感知测量结果，感知节点越多，需要的传输资源也就越多，这就降低了频谱效率。并且，感知节点通常为终端用户设备，感知过程需要消耗用户设备的功率，感知节点越多，需要消耗的功率也就越多。因此，感知节点数增加，随之感知开销也增加。另一方面，在某些特定区域，用户数是受限的，因此，不能以增加协作感知节点数来提高感知性能。另外，在感知无线网络，次系统是对等的，可被配置在相同或者重叠区域，即相邻的共址的系统。每个次感知无线网络，在相同或者重叠区域执行协作频谱感知并反馈其感知信息到汇聚中心，从而获得频谱决定。在相同或者重叠区域，频谱可用状态是相同的。因此，配置在相同或者重叠区域的次感知无线网络，如果协作频谱感知正确的话，应得到相同的频谱判决。本发明提出了一种感知无线网络中的共享协作频谱感知方案，来提高感知性能，同时也不提高感知复杂度和感知开销。

发明内容

为解决现有技术中的上述缺点，本发明提出了新的感知无线网络的共享协作频谱感知方法、感知节点和汇聚中心。

根据本发明，在共享的协作频谱感知中，共享从不同感知无线网络的感知节点收集来的感知信息。在汇聚中心，做出频谱判决不仅仅基于其自身的感知节点的感知信息，而且还基于共享其感知信息的相邻的感知节点的感知信息。在共址的感知无线网络之间共享感知信息相当于扩展了协作感知节点数，但不会增加额外的感知开销。因此，整体的感知性能可得到显著提高。

具体地，根据本发明的一个实施方式，提供一种感知无线网络的共享协作频谱感知方法，所述感知无线网络中至少包括两个相邻的共址的对等感知系统，每个感知系统包括一个汇聚中心和至少一个本地感知节点，在共址的感知系统之间共享感知信息。

根据本发明的一个可选实施例，所述在共址的感知系统之间共享感知信息是指：本地感知节点执行本地感知测量，将感知信息发送给汇聚中心，并将感知信息发送给相邻的共享感知系统。

根据本发明的一个可选实施例，汇聚中心基于本地感知节点的感知信息以及共享其感知信息的相邻的感知节点的感知信息，进行频谱判决。

根据本发明的一个可选实施例，本地感知节点直接将感知信息发送给相邻的共享感知系统的汇聚中心。

根据本发明的一个可选实施例，本地感知节点将感知信息发送给相邻的共享感知系统的感知节点并由相邻的共享感知系统的感知节点中继给相邻的共享感知系统的汇聚中心。

根据本发明的一个可选实施例，本地感知节点以广播的形式将其感知信息发送给相邻的共享感知系统。

根据本发明的一个可选实施例，在共址的感知系统之间通过系统间的通信机制共享感知信息。

根据本发明的一个可选实施例，汇聚中心将收到的来自本地感知节点的感知信息以及来自共享其感知信息的相邻的感知节点的感知信息进行合并，作出频谱判决。

根据本发明的一个实施方式，提供一种感知无线网络的本地感知节点，所述感知无线网络中所述感知无线网络中至少包括两个相邻的共址的对等感知系统，所述感知系统包括一个汇聚中心，所述本地感知节点包括：

接收单元，用于接收来汇聚中心的感知测量指令和频谱感知参数；

感知单元，用于根据感知测量指令和频谱感知参数进行频谱感知并收集测量结果；

发送单元，用于将感知信息发送回汇聚中心，并将感知信息发送给相邻的共址的感知系统。

根据本发明的一个可选实施例，发送单元将感知信息发送给相邻的共址感知系统是指直接将感知信息发送给相邻的共址感知系统的汇聚中心。

根据本发明的一个可选实施例，发送单元将感知信息发送给相邻的共址感知系统是指将感知信息发送给相邻的共址感知系统的感知节点。

根据本发明的一个可选实施例，所述接收单元还用于接收来自相邻的共址感知系统的感知信息。

根据本发明的一个可选实施例，还包括一个中继单元，用于将接收到的来自相邻的共址感知系统的感知信息发送给汇聚单元。

根据本发明的一个实施方式，提供一种感知无线网络的汇聚中心，所述感知无线网络中所述感知无线网络中至少包括两个相邻的共址的对等感知系统，所述感知系统包括至少一个本地感知节点，所述汇聚中心包括：

发送单元，用于向本地感知单元发送感知测量指令和频谱感知参数；

接收单元，用于接收来自本地感知单元的感知信息和来自相邻的共址的对等感知系统的感知信息；

合并单元，用于将收到的来自本地感知节点的感知信息以及来自共享其感知信息的相邻的感知节点的感知信息进行合并；

频谱判决单元，用于根据合并后的信息，进行频谱判决。

根据本发明的一个可选实施例，所述合并包括异或规则合并，加权合并或者子带选择合并。

根据本发明的一个可选实施例，所述接收单元接收来自相邻的共址的对等感知系统的感知信息是指直接接收来自相邻的共址的对等感知系统的本地感知节点的感知信息。

根据本发明的一个可选实施例，所述接收单元接收来自相邻的共址的对等感知系统的感知信息是指接收经本地感知节点中继的来自相邻的共址的对等感知系统的本地感知节点的感知信息。

利用本发明的共享感知方案，实现在共址感知无线网络之间共享感知信息。通过这种方式，相当于扩展了协作感知节点数但是不增加额外的感知开销，从而感知性能可得到改善。

附图说明

通过以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面了解，本发明的其他目的和效果将变得更加清楚和易于理解，其中：

图1表示根据本发明的一个实施方式的感知无线网络配置示意图。

图2表示根据本发明的一个实施方式的共享协作频谱感知过程示意图。

图3表示根据本发明的一个实施方式的本地感知节点的结构示意图。

图4表示根据本发明的一个实施方式的汇聚中心的结构示意图。

在所有的上述附图中，相同的标号表示具有相同、相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

以下结合附图具体描述本发明的实施方式。

本发明的实施方式基于频谱共享系统实现，为描述方便，以IEEE802.22标准规范的系统为例，但上述设定仅为示例性说明。它的应用并不局限于IEEE 802.22，它也可应用于解决其它频谱共享系统的频谱感知问题。下面给出一个例子来说明共享协作频谱感知。假设两个协作无线网络A和B，配置在重叠区域，如图1所示。在重叠区域，两个协作无线网络A和B都有一些UEs(User Equipments)用户设备作为感知节点，其中UEs A表示两个协作无线网络A的用户设备，UEsB表示两个协作无线网络B的用户设备；eNB A(Evolved NodeB A，演进的节点B A)属于感知无线网络A的汇聚中心，eNB B属于感知无线网络B的汇聚中心。为促进共存，eNB A和eNB B之间已经通过预定义的系统间通信机制建立了协作，如802.22定义的基于信标(beacon-based)的通信机制。

图2给出了根据本发明的一个实施方式的共享协作频谱感知过程示意图。下面结合图2，详细描述共享协作频谱感知过程。

基于感知请求，eNB A和eNB B向其用户设备发送执行频谱感知的指令，引导他们在重叠区域的用户设备执行协作频谱感知，根据eNB的引导，用户设备执行本地的频谱感知和收集感知信息。完成本地感知后，归属于eNB A的用户设备(UEs A)将感知信息反馈给eNB A，同时，UEs A广播他们的感知信息给相邻的归属于eNB B的UEs B和/或eNB B。广播感知信息可以重用系统间的通信机制。例如，UEs A可直接发送他们的感知信息到eNB B。假如eNB B不能接收，UEs B可将来自UEs A的感知信息中继到eNB B。系统间通信机制保证来自UEs A的感知信息能安全的到达eNB B。为促进共存，eNB A和eNB B之间的系统间通信机制应预先定义好，如802.22定义的基于信标(beacon-based)的通信机制。信标用于在基站间交换共存信息，通过信息交换，可快速实现更好的调度和其他共存机制。在系统间通信的保证下，来自UEs A的感知信息可安全、及时地分发到eNB B。相同的过程也在UEs B执行，对应的，eNB A也能接收到来自UEs B的感知信息。

在eNBs，对来自UEs A和UEs B的感知信息进行解码。基于所有的感知信息，进行合并，可获得频谱感知判决。合并方法有多种，如异或规则合并，加权合并，子带选择合并等。

图3给出根据本发明的一个实施方式的本地感知节点结构示意图。

本发明的实施方式中，本地感知节点包括一个第一接收单元，感知单元，第一发送单元，第二发送单元，第二接收单元和中继单元。其中第一接收单元用于接收来汇聚中心的感知测量指令和频谱感知参数；感知单元，被配置为根据感知测量指令和频谱感知参数进行频谱感知并收集测量结果；第一发送单元，被配置为将感知信息发送回汇聚中心；第二发送单元，被配置为将感知信息发送给相邻的共址的感知系统。第二发送单元根据系统配置，将感知信息发送给相邻的共址感知系统是指直接将感知信息发送给相邻的共址感知系统的汇聚中心，或/和将感知信息发送给相邻的共址感知系统是指将感知信息发送给相邻的共址感知系统的感知节点。第二接收单元，被配置为接收来自相邻的共址感知系统的感知信息。中继单元，被配置为将接收到的来自相邻的共址感知系统的感知信息发送给汇聚单元。

图4给出根据本发明的一个实施方式的汇聚中心结构示意图。本发明的实施方式中，汇聚中心包括一个发送单元，第一接收单元，第二接收单元，合并单元和频谱判决单元。其中，发送单元被配置为向本地感知单元发送感知测量指令和频谱感知参数；第一接收单元，被配置为接收来自本地感知单元的感知信息；第二接收单元，被配置为接收来自相邻的共址的对等感知系统的感知信息，即接收来自相邻的共址的对等感知系统的感知信息是指直接接收来自相邻的共址的对等感知系统的本地感知节点的感知信息和/或接收来自相邻的共址的对等感知系统的感知信息是指接收经本地感知节点中继的来自相邻的共址的对等感知系统的本地感知节点的感知信息；合并单元，被配置为将收到的来自本地感知节点的感知信息以及来自共享其感知信息的相邻的感知节点的感知信息进行合并，合并包括异或规则合并，加权合并或者子带选择合并；频谱判决单元，被配置为根据合并后的信息，进行频谱判决。

本发明的优点在于，利用本发明的协作频谱感知，实现在共址感知无线网络之间共享感知信息。通过这种方式，相当于扩展了协作感知节点数但是不增加额外的感知开销，从而感知性能可得到改善。并且在一些地区，作为感知节点的用户数受限，共享协作频谱感知可通过本发明，从相邻无线感知网络“借”感知节点来改善感知性能。另一方面，由于感知网络应实现有效的共存，早已经定义了可靠的系统间通信机制，这些通信机制可被重用来实现共享协作频谱感知。因此，共享协作频谱感知无须增加额外的负担来定义一个新的可靠的系统间通信机制，因此对感知无线网络的影响也会减小。

本发明可以以硬件、软件、固件以及它们的组合来实现。本领域技术人员应该认识到，也可以在供任何合适数据处理系统使用的信号承载介质上所设置的计算机程序产品中体现本发明。这种信号承载介质可以是传输介质或用于机器可读信息的可记录介质，包括磁介质、光介质或其他合适介质。可记录介质的示例包括：硬盘驱动器中的磁盘或软盘、用于光驱的光盘、磁带，以及本领域技术人员所能想到的其他介质。本领域技术人员应该认识到，具有合适编程装置的任何通信设备都将能够执行如程序产品中体现的本发明方法的步骤。

从上述描述应该理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本发明各实施方式进行修改和变更。本说明书中的描述仅仅是用于说明性的，而不应被认为是限制性的。本发明的范围仅受权利要求书的限制。

Claims

1.一种感知无线网络的共享协作频谱感知方法，所述感知无线网络中至少包括两个相邻的共址的对等感知系统，每个感知系统包括一个汇聚中心和至少一个本地感知节点，其特征在于：在共址的感知系统之间共享感知信息；所述汇聚中心将本地感知节点的感知信息以及来自共享其感知信息的相邻的感知节点的感知信息进行合并，作出频谱判决；

其中，所述共享感知信息是指本地感知节点执行本地感知测量，将感知信息发送给汇聚中心，并将感知信息发送给相邻的共享感知系统。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，本地感知节点直接将感知信息发送给相邻的共享感知系统的汇聚中心。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，本地感知节点将感知信息发送给相邻的共享感知系统的感知节点并由相邻的共享感知系统的感知节点中继给相邻的共享感知系统的汇聚中心。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，本地感知节点以广播的形式将其感知信息发送给相邻的共享感知系统。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在共址的感知系统之间通过系统间的通信机制共享感知信息。

6.一种感知无线网络的本地感知节点，所述感知无线网络中至少包括两个相邻的共址的对等感知系统，所述感知系统包括一个汇聚中心，所述本地感知节点包括：

第一接收单元，用于接收来自汇聚中心的感知测量指令和频谱感知参数；

第一发送单元，用于将感知信息发送回汇聚中心；

第二发送单元，用于将感知信息发送给相邻的共址的感知系统的感知节点。

7.根据权利要求6所述的本地感知节点，其特征在于，第二发送单元还用于将感知信息发送给相邻的共址感知系统的汇聚中心。

8.根据权利要求6或7项中任一项中所述的本地感知节点，其特征在于，还包括一个第二接收单元，用于接收来自相邻的共址感知系统的感知信息。

9.根据权利要求8所述的本地感知节点，其特征在于，还包括一个中继单元，用于将接收到的来自相邻的共址感知系统的感知信息发送给汇聚单元。

10.一种感知无线网络的汇聚中心，所述感知无线网络中所述感知无线网络中至少包括两个相邻的共址的对等感知系统，所述感知系统包括至少一个本地感知节点，所述汇聚中心包括：

第一接收单元，用于接收来自本地感知单元的感知信息；

第二接收单元，用于接收来自相邻的共址的对等感知系统的本地感知节点的感知信息；

频谱判决单元，用于根据合并后的信息，进行频谱判决。

11.根据权利要求10的汇聚中心，其特征在于，所述合并包括异或规则合并，加权合并或者子带选择合并。

12.根据权利要求10的汇聚中心，其特征在于，所述第二接收单元接收来自相邻的共址的对等感知系统的感知信息是指直接接收来自相邻的共址的对等感知系统的本地感知节点的感知信息。

13.根据权利要求10的汇聚中心，其特征在于，所述第二接收单元接收来自相邻的共址的对等感知系统的感知信息是指接收经本地感知节点中继的来自相邻的共址的对等感知系统的本地感知节点的感知信息。