CN102404748A

CN102404748A - 认知无线电频谱分配方法

Info

Publication number: CN102404748A
Application number: CN2010102778033A
Authority: CN
Inventors: 陈喆
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2012-04-04

Abstract

认知无线电频谱分配方法，本发明属于无线通信技术领域，涉及一种认知无线电次要用户频谱分配方法。根据本发明的一个实施例，认知无线电次要用户频谱分配，其步骤包括：至少一个次要用户对至少一个频段分别进行频谱检测，然后把频谱检测的结果发送给超级节点；超级节点给发送来频谱检测结果的次要用户增加正比于正确检测数目的投标信用点数；超级节点把投标信用点数信息发送给次要用户，次要用户如果参与投标，则至少投出一个标，投标总额不超过该次要用户拥有的投标信用点数；次要用户把投标信息发送给超级节点；超级节点选出数目不超过可用频段的数目的标值最大的投标作为选中的标；超级节点把中标结果和可用频段分配信息发送给次要用户。

Description

认知无线电频谱分配方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及认知无线电(Cognitive Radio)中的频谱分配方法，更具体地说，涉及一种既竞争又合作的认知无线电次要用户频谱分配方法。

背景技术

认知无线电技术是一种新兴的无线通信技术，其发展的目的是为了更加有效地利用稀缺的无线电频谱资源，其在软件无线电技术基础之上，引入了“智能”。在认知无线电中，认知无线电用户，又称次要用户(Secondary User，简称SU)，在非认知无线电用户，又称主要用户(Primary User，简称PU)，不使用无线电频段时，暂时借用主要用户的无线电频段进行通信。一般地，在认知无线电中，次要用户不拥有专属的无线电频段资源。认知无线电次要用户的存在，会提高无线电频谱的总体利用率。

在当前的认知无线电研究领域，许多研究者认为次要用户之间的关系是相互争夺空闲频段，先占者先用，甚至提出次要用户使用某些策略，比如博弈论方法，与其他次要用户争夺空闲频段。然而，基于无规划的、自私的、不合作的竞争在众多次要用户的情况下会降低无线电频谱的总的使用效率。

如果有一种既竞争又合作的次要用户无线电频谱分配方式，提高无线电频谱的总体使用效率，这将是一种优势。

一些研究者提出使用频谱拍卖(Spectrum Auction)的方式让所有参与的次要用户为某一可用频段投标，根据竞标结果，分配某一次要用户使用这个频段。评标的方法有取最高投标、取次高投标、等等。这是一个既合作又竞争的次要用户频谱分配方式，有利于提高无线电频谱的总体使用效率。还有的研究者提出次要用户在投标时，可以投多个标(Multi-Bid)。根据陈喆(Zhe Chen)的研究结果，在有多个可用频段时，允许次要用户投多个标，有助于提高频谱利用效率。但是，如果多个次要用户投标参与频谱拍卖，具体如何操作？次要用户参与竞标的信用点数(即“本金”)从何而来？每个次要用户应得多少投标信用点数？目前在认知无线电研究领域，尚无一个明确具体的解决方案。

如果有一种既可行、有效，又便于实现的认知无线电频谱分配方法，这将是一种优势。

发明内容

根据本发明的一个实施例，认知无线电次要用户频谱分配方法，其中涉及至少一个次要用户(SU)和一个逻辑上的超级节点(Super Node，简称SN)，其步骤包括：

1.至少一个次要用户对至少一个频段分别进行频谱检测(Spectrum Sensing)，然后把频谱检测的结果发送给超级节点；

2.超级节点根据收到的频谱检测结果，给发送来频谱检测结果的次要用户增加投标信用点数，增加的投标信用点数正比于该次要用户对上述至少一个频段的频谱检测结果的正确检测结果的数目；

3.超级节点把投标信用点数信息发送给次要用户；

4.次要用户决定是否参与投标，如果参与，则至少投出一个标，投标总额不超过该次要用户拥有的投标信用点数；

5.次要用户把投标信息发送给超级节点；

6.超级节点收集次要用户发送的投标信息，按照投标的标值的大小，从中选出一定数目的标值最大的投标作为选中的标，这个数目不超过上述频谱检测过程检测出的可用的频段的数目；

7.超级节点把中标结果和可用频段分配信息发送给次要用户，中标的次要用户开始使用上述频谱检测过程检测到的可用的频段。

本发明的频谱分配方法，可用于既竞争又合作的认知无线电次要用户频谱资源分配，有利于提高无线电频谱的总体使用效率。另一方面，本发明方法，行之有效，便于实现。

附图说明

通过参考附图，可以更全面地理解本发明，其中：

附图1是根据本发明实施例的认知无线电频谱分配方法的一个应用场景的图示；

附图2是根据本发明实施例的认知无线电频谱分配方法的步骤的图示；

附图3是根据本发明实施例的认知无线电频谱分配方法的性能评估结果的图示。

具体实施方式

现在参照附图1，其中示出根据本发明实施例的认知无线电频谱分配方法的一个应用场景的图示100。其中，超级节点SN(102)是一个逻辑上的设备，用于协调次要用户使用空白频谱通信。注意到在实际中，超级节点既可以是一个单独的物理设备，又可以依托某个次要用户设备实现。附图1中示出了N个次要用户，分别是：SU₁(104)、SU₂(106)、……、SU_N(108)，其中N是自然数，N≥1。N个次要用户可使用某些已经建立的信道，例如公共控制信道，与超级节点进行双向通信。附图1所示的次要用户和超级节点的物理实现的设计和构建完全在本技术领域普通技术人员的能力范围内。

现在参照附图2，其中示出根据本发明实施例的认知无线电频谱分配方法的步骤的图示200。图中左侧竖线202代表超级节点，右侧竖线204代表次要用户。首先，N(N≥1)个次要用户对M个频段分别进行频谱检测，其中M是自然数，M≥1。频谱检测过程的实现在本技术领域普通技术人员的能力范围内。其次，次要用户把频谱检测的结果发送给超级节点(步骤206)。然后，超级节点根据收到的频谱检测结果，给发送来频谱检测结果的次要用户增加投标信用点数，并通知次要用户(步骤208)，其中增加的投标信用点数正比于该次要用户对至上述M个频段的频谱检测结果的正确检测结果的个数。接着，N个次要用户分别决定是否参与投标，如果参与，则至少投出一个标，投标总额不超过该次要用户拥有的投标信用点数，并把投标信息发送给超级节点(步骤210)。而后，超级节点收集N个次要用户发送的投标信息，并按照投标的标值的大小，从中选出不超过K个标值最大的投标作为选中的标，其中K等于上述频谱检测过程检测出的可用的频段的个数；最后，超级节点把中标结果和频段分配情况发送给次要用户(步骤212)，中标的次要用户开始使用上述频谱检测过程检测到的可用的频段。

通过上述实施例(结合附图1、附图2所说明的)，给出本发明中的认知无线电频谱分配方法的性能评估结果。在性能评估中，5个认知无线电次要用户与主要用户共享10个1MHz带宽的频段。次要用户每隔0.5秒进行一次频谱检测及频谱分配过程。每个次要用户所需发送的数据的速率各不相同，每次投标允许最多投2个标。在性能评估中，上述10MHz带宽内存在3个不同类型的主要用户，它们所占的带宽各不相同。这3个主要用户的频段占空的时长服从泊松分布，随机生成。性能评估结果如附图3所示。附图3从上至下共有4个子图。第1个子图示出了每隔0.5秒，10个频段中次要用户可用的频段的实际数目，和次要用户通过频谱检测过程检测出的可用频段的数目。频谱检测过程往往会存在漏检和误报等检测错误，例如第1个子图中在第13秒左右出现了两个漏检错误。第2个子图示出了5个次要用户的投标信用点数随时间的变化，第3个子图示出了5个次要用户投标的总额随时间的变化。从这两个子图可用看出，在可用频段数目较少时，次要用户的投标信用点数的积累较多，竞标也比较激烈。第4个子图示出了10个频段中实际可用频段的数目和次要用户使用的频段的数目随时间的变化。可以看出，除了由于频谱检测过程的检测错误造成的实际可用频段的闲置，使用本发明频谱分配方法，次要用户可以100％利用主要用户暂不使用的可用频段。此外，本发明的方法步骤简洁直观，便于使用硬件、固件、和软件等方法实现。

虽然本发明的方法的优选实施例已经在附图中示出并在前述详细说明中进行了描述，应当理解：本发明不限定为公开的实施例，在不脱离所附权利要求所描述的定义和本发明范围的情况下，能够有各种重新设置、修改和替换。

Claims

1.认知无线电频谱分配方法，该方法涉及至少一个次要用户和一个逻辑上的超级节点，其步骤包括：

至少一个次要用户对至少一个频段分别进行频谱检测，然后把频谱检测的结果发送给超级节点；

超级节点根据收到的频谱检测结果，给发送来频谱检测结果的次要用户增加投标信用点数，增加的投标信用点数正比于该次要用户对上述至少一个频段的频谱检测结果的正确检测结果的数目；

超级节点把投标信用点数信息发送给次要用户；

次要用户决定是否参与投标，如果参与，则至少投出一个标，投标总额不超过该次要用户拥有的投标信用点数；

次要用户把投标信息发送给超级节点；

超级节点收集次要用户发送的投标信息，按照投标的标值的大小，从中选出一定数目的标值最大的投标作为选中的标，这个数目不超过上述频谱检测过程检测出的可用的频段的数目；

超级节点把中标结果和可用频段分配信息发送给次要用户，中标的次要用户开始使用上述频谱检测过程检测到的可用的频段。

2.如权利要求1所述的方法，其中涉及一个以上的超级节点。

3.如权利要求1所述的方法，其中至少一个次要用户群——至少一个次要用户和至少一个超级节点组成一个次要用户群——在不同的至少一个频段上分别使用权利要求1所述的方法。

4.如权利要求1所述的方法，其中至少一个次要用户群——至少一个次要用户和至少一个超级节点组成一个次要用户群——在相同的至少一个频段上分别使用权利要求1所述的方法。

5.如权利要求1所述的方法，其中超级节点在单独的设备上实现。

6.如权利要求1所述的方法，其中超级节点在次要用户设备上实现。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述的步骤由集成电路装置完成。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述的步骤由现场可编程门阵列(FPGA)完成。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述的步骤由固件(Firmware)完成。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述的步骤由软件完成。