CN102547749B - 一种认知无线电系统静默区间设置方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CR系统静默区间设置方法及其装置，该方法包括：基站根据无线电授权系统能够容忍干扰的最大时间长度，以及CR系统能够容忍容量的最大损失，确定CR系统的静默区间参数最大取值，然后根据检测性能要求以及所述静默区间参数最大取值，确定感知算法，根据确定出的感知算法确定静默区间参数取值，并将确定出的静默区间参数下发给CR系统的终端。采用本发明可提高CR系统静默区间参数设置的合理性，在减少对授权系统干扰的同时，减少无线电认知系统的容量损失。

Description

一种认知无线电系统静默区间设置方法及其装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种认知无线电系统静默区间设置方法及其装置。

背景技术

无线电通信频谱是一种宝贵的自然资源，随着无线通信技术的飞快发展，频谱资源贫乏的问题日益严重，为了缓解频谱资源紧张的现状，相关的部门和机构对无线通信频谱进行了监测和研究，发现某些频段(如电视频段)在大多数时间内并未使用或者在大多数地域内并未使用，而某些频段则出现了多系统多用户同时竞争的情况，即某些业务承载量很大的系统没有足够的频谱资源，而另外一些业务承载量不大的系统却占用了太多的资源。认知无线电(Cognitive Radio，CR)的概念正是在这种背景下产生的，其基本思想是：在不对授权系统造成干扰的前提下，CR系统可以通过监测当前无线环境的变化来动态的选择空白频段进行通信。

当CR系统机会性使用授权系统的空白频段时，保护授权系统不受干扰是一个基本前提，这种保护主要包含两个方面：一方面，CR系统准确判断出哪些授权系统的频段是可用的空白频段(在这些频段上引入CR系统不会影响授权系统的正常工作)；另一方面，当占用频段不再可用时，CR系统需要及时的将这些频段退让给授权系统。

发现空白频段的方法主要有两种：其一为数据库方法，即CR系统通过访问授权系统信息数据库，获得某一地区授权系统的频点使用情况，进而确定哪些频点是空闲的且可以使用的；其二为感知检测方法，所谓感知检测方法，即CR系统的感知检测单元，通过对不同频段上授权系统信号的检测，当检测输入的参量大于某一门限时，则认为该频段上存在授权系统信号，该频段对于CR系统来说不可用，反之，该频段则对于CR系统来说可用。

关于授权信号检测，比较典型的有三种感知算法(或称检测算法)，分别为能量检测、匹配滤波器检测、自相关检测，无论哪种感知算法，为了达到一定的检测性能，对信号的接收采集时间及接收载干比都有一定的要求。

然而在感知检测时，由于CR系统此时也工作在授权频段上，CR系统自身的信号会干扰对授权系统信号的感知检测。一种比较通用的方法是：设置静默区间，即在感知检测时，在静默区间内，CR系统在对应的频段上停止发送任何数据，以保证该频段无干扰。典型的静默区间主要包含如下几个参数，如区间周期、区间周期内的偏移量以及持续时间等。静默区间设置的具体流程如图1所示，其中，在定义好静默区间参数后，将静默区间参数下发给终端。

可以看出，感知检测进行的越频繁，即静默的越频繁，则发现授权系统的机会愈大，退出授权系统的频段的操作愈及时，对授权系统的干扰也就愈小。但是，如果CR系统静默区间持续时间过长，或者过于频繁的静默，对于CR系统的容量会带来较大的影响，也就失去了通过使用空白频段提高系统容量的意义。

在以往的静默区间研究中，重点针对的是静默区间参数如何在多个终端之间协调配置以及如何传递。但是，静默区间参数的取值不仅影响到了对授权系统的干扰、感知系统的容量，对感知算法的选取也具有一定的影响，进而影响到系统实现时硬件的复杂度，因此需要对静默区间参数进行合理设置，达到减少对授权系统干扰、控制CR系统损耗的目的。

发明内容

本发明实施例提供了一种认知无线电系统静默区间设置方法及其装置，用以提高认知无线电系统静默区间参数设置的合理性。

本发明实施例提供的CR系统静默区间设置方法，包括：

基站确定CR系统的静默区间参数最大取值；

基站根据检测性能要求，以及所述静默区间参数最大取值，确定感知算法；

基站根据确定出的感知算法，确定静默区间参数取值；

基站将确定出的静默区间参数下发给CR系统的终端。

本发明实施例提供的基站设备，包括：静默区间参数取值设定单元、感知算法筛选单元和静默区间参数下发单元，其中：

静默区间参数取值设定单元，用于确定CR系统的静默区间参数最大取值；以及根据所述感知算法筛选单元确定的感知算法，确定静默区间参数取值；

感知算法筛选单元，用于根据检测性能要求，以及所述静默区间参数最大取值，确定感知算法；

静默区间参数下发单元，用于将所述静默区间参数取值设定单元确定出的静默区间参数下发给CR系统的终端。

本发明的上述实施例，通过在确定CR系统的静默区间参数最大取值后，再根据该最大取值确定满足检测性能要求的感知算法，再根据该感知算法修正静默区间参数取值，从而提高了CR系统静默区间参数设置的合理性，并进而在减少对授权系统干扰的同时，减少无线电认知系统的容量损失。

附图说明

图1为现有技术中静默区间设置流程示意图；

图2为本发明实施例提供的静默区间设置流程示意图；

图3为本发明实施例提供的确定感知算法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的基站设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

如前所述，静默区间参数主要包含静默区间持续时间和静默区间出现的周期。为描述方便，在本发明实施例中，用SilenceCyc le表征静默区间出现的周期，用SilenceDuration表征静默区间持续的时间。

参见图2，为本发明实施例提供的静默区间设置流程示意图，如图所示，该流程可包括如下步骤：

步骤201，基站确定CR系统的静默区间参数最大取值；

步骤202，基站根据检测性能要求，以及步骤201确定出的静默区间参数最大取值，确定感知算法；

步骤203，基站根据步骤202确定出的感知算法确定静默区间参数取值；

步骤204，基站将步骤203确定出的静默区间参数下发给终端。

此后，CR系统的基站和终端根据静默区间参数执行静默过程。

在图2所示流程的步骤201中，基站可根据无线电授权系统能够容忍干扰的最大时间长度，以及CR系统能够容忍容量的最大损失，确定CR系统的静默区间参数最大取值。

具体的，本发明实施例一方面从授权系统的保护角度提出约束，即，授权系统能够容忍干扰的最大时间为T_interference，则为了减少静默区间所进行的感知检测对授权系统的干扰，要求：

SilenceCyde-SilenceDuration+MarginTime≤T_interference…………[1]

其中，M arg inTime为预留给CR系统在检测到授权系统后的其它操作的时间，如系统消息传递时间及小区重建时间等。

另一方面，本发明实施例还从CR系统保护角度提出约束，即，CR系统能够容忍容量的最大损失比例，时域上该比例可定义为P％，则为了最小化CR系统的容量损失，要求：

$\frac{\mathrm{SilenceDuration}}{\mathrm{SilenceCyde}}\≤P\%...\left[2\right]$

根据公式(1)和公式(2)可以计算出SilenceCyc le和SilenceDuration的最大取值，即：

$\mathrm{SilenceDuration}\≤\frac{T_{\mathrm{interference}}-M\arg \mathrm{inTime}}{1-P\%}\×P\%...\left[3\right]$

$\mathrm{SilenceCyde}\≤\frac{T_{\mathrm{interference}}-M\arg \mathrm{inTime}}{1-P\%}...\left[4\right]$

在图2所示流程的步骤202中，基站确定出的感知算法所要求的最小检测时间长度，不大于该基站在步骤201确定出的SilenceDuration的最大取值。对于特定的感知检测性能需求，每种感知算法对应着各自的最小检测时间要求，即对应着不同的静默区间持续时间要求。针对不同检测性能，每种感知算法与最小检测时间要求的对应关系，具体实现可如表1所示：

表1、感知检测性能要求下各感知算法所需感知检测时间对应表格

对于某一检测性能要求，确定出满足最小静默区间持续时间要求的感知算法。具体的，若T_x≤SilenceDuration_max(其中SilenceDuration_max表示静默区间持续时间最大取值)，则编号为x的感知算法满足检测性能要求。若存在多种感知算法，且均满足检测性能要求，则基站可按照预设的判断准则从其中选择一种感知算法。在从多个满足检测性能要求的感知算法中进行选择时，可以挑选计算复杂度最小的感知算法作为最终的感知算法，或选取最小检测时间要求的感知算法作为最终的感知算法，也可综合考虑二者，确定出感知算法。

根据上述确定感知算法的原则，图3示出了一种确定感知算法的具体实现流程，如图所示，该流程可包括：

步骤301，确定检测性能要求；

步骤302，判断各感知算法所需的最小检测时间是否小于(或不大于)SilenceDuration的最大取值，若有感知算法满足要求，则转入步骤303，否则转入步骤307；

步骤303，输出满足要求的感知算法及对应的最小检测时间取值；

步骤304；判断是否还有其它感知算法满足该要求，若还有其它感知算法满足要求，则转入步骤305，否则转入步骤306；

步骤305，按照预设准则从满足检测性能要求的感知算法中选择一种感知算法；

步骤306，输出最终选择的感知算法及其对应的最小检测时间取值；

步骤307，降低检测性能要求，然后转入步骤302。

在图2所示流程的步骤203中，基站将SilenceDuration设置为步骤202所确定出的感知算法所要求的最小检测时间，然后根据确定出的SilenceDuration，并利用以下公式设置SilenceCyc le：

SilenceCyde＝T_interference+SilenceDuration-MarginTime………[5]

在图2所示流程的步骤204中，基站向终端下发静默区间参数的过程与现有技术中的具体实现类似，如，将静默区间参数封装到专用信道或者公共信道中传递给终端。

进一步的，本发明实施例在基站和终端的静默执行过程中，引入静默定时器T_silence，从而根据该静默定时器执行静默过程。在静默定时器T_silence运行期间，基站侧及终端侧在相应频段停止CR系统数据的发送/接收，开始进行感知检测；静默定时器T_silence超时后，结束静默，CR系统开始正常的数据发送及接收。

具体的，基站在设置完成静默区间参数，以及终端在接收到基站下发的静默期间参数之后，分别设置定时器T_silence，其中，静默定时器T_silence启动周期为SilenceCyc le，T_silence定时运行时长为SilenceDuration，T_silence在满足公式(6)的时刻启动运行：

(SFN×10+subframe)mod SilenceCyc le＝StartSilen ctOffset………[6]

其中，StartSilen ctOffset为偏移量，SFN表征系统帧号，subframe表征子帧编号或时隙编号。当SFN和subframe一起满足公式要求时，SFN和subframe一起决定了静默启动时刻。

通过以上描述可以看出，本发明实施例提供的静默区间参数的设置流程，在同时考虑了无线电授权系统的保护和CR系统的容量损失的情况下，确定静默区间参数的取值范围，对感知算法进行初筛，再根据感知算法对静默区间相关参数进行修订，从而在控制授权系统干扰的情况下，选择恰当的感知算法，确定恰当的静默区间参数，较大程度上减少了CR系统的容量损失。

基于相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种基站设备。

参见图4，为本发明实施例提供的基站设备的结构示意图，如图所示，该基站设备可包括：静默区间参数取值设定单元401、感知算法筛选单元402和静默区间参数下发单元403。

此外，静默区间参数设置过程中需要的一些系统参数、感知算法参数等，可存储于该基站设备的相应存储单元中，这些存储单元可包括：

CR系统信息数据库404，用于提供CR系统相应信息，如为静默区间参数取值设定单元401提供感知系统能够容忍的容量损失(P％)，还可提供其他与CR系统相关信息，辅助其他单元进行决策；

授权系统信息数据库405，用于提供授权系统系统信息，如为静默区间参数取值设定单元401提供授权系统干扰容忍时间(T_interference)，还可提供其他信息，辅助CR系统相关单元进行决策；

感知算法性能信息存储单元406，用于存储不同的检测性能要求下，不同的感知算法对应的最小感知检测时间。

其中，授权系统信息数据库405可以位于基站设备中，也可以位于CR系统的中心控制单元内，以供多个CR系统基站访问，还可以以独立服务器的形式位于CR系统外，由第三方机构维护，CR系统可通过付费的方式获得访问权。

这些单元的功能主要包括：

静默区间参数取值设定单元401，用于确定CR系统的静默区间参数最大取值，并进一步将该静默区间参数最大取值传递给感知算法筛选单元402；以及根据感知算法筛选单元402确定的感知算法，确定静默区间参数取值，以及进一步将静默区间参数取值传递给静默区间参数下发单元403；

感知算法筛选单元402，用于根据检测性能要求，以及所述静默区间参数最大取值，确定感知算法，并进一步将确定出的感知算法传递给静默区间参数取值设定单元401；

静默区间参数下发单元403，用于将静默区间参数取值设定单元401确定出的静默区间参数下发给CR系统的终端。

具体的，静默区间参数取值设定单元401在确定CR系统的静默区间参数最大取值时，可根据无线电授权系统能够容忍干扰的最大时间长度，以及CR系统能够容忍容量的最大损失，确定CR系统的静默区间参数最大取值。具体的，静默区间参数取值设定单元401可根据公式(1)和公式(2)，其中用到的参数P％来自于CR系统信息数据库404，参数T_interference来自于授权系统信息数据库405，参数M arg inTime来自于CR系统信息数据库404。

具体的，感知算法筛选单元402确定出的感知算法所要求的最小检测时间长度，不大于静默区间参数取值设定单元401确定出的静默区间持续时间长度最大取值。进一步的，若存在多种感知算法，且每种感知算法所要求的最小检测时间长度，均不大于所述静默区间参数取值设定单元确定出的静默区间持续时间长度最大取值，则感知算法筛选单元402还根据感知算法的计算复杂度或/和感知算法所要求的最小检测时间长度，从所述多个感知算法中选取一种感知算法。

具体的，静默区间参数取值设定单元401在根据感知算法确定静默区间参数取值时，将静默区间持续时间长度设置为感知算法所要求的最小检测时间长度，所述感知算法为所述基站确定出的感知算法，并根据公式(5)设置静默区间出现的周期。

进一步的，上述基站设备还可包括定时器设置单元407。该单元用于设置定时器，以使所述基站设备根据该定时器执行静默；其中，所述定时器的启动周期为静默区间参数取值设定单元401确定出的静默区间的出现周期，所述定时器的定时运行时长为静默区间参数取值设定单元401确定出的静默区间持续时间长度，所述定时器的启动时刻满足公式(6)。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种认知无线电CR系统静默区间设置方法，其特征在于，包括：

基站确定CR系统的静默区间参数最大取值；

基站根据检测性能要求，以及所述静默区间参数最大取值，确定感知算法；

基站根据确定出的感知算法，确定静默区间参数取值；

基站将确定出的静默区间参数下发给CR系统的终端；

其中，所述感知算法是从多个具有不同最小检测时间长度的感知算法中确定出的一个。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站确定CR系统的静默区间参数最大取值，具体为：

基站根据无线电授权系统能够容忍干扰的最大时间长度，以及CR系统能够容忍容量的最大损失，确定CR系统的静默区间参数最大取值。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，CR系统的静默区间参数包括静默区间出现的周期和静默区间持续时间长度；

所述基站根据以下公式确定静默区间出现的周期最大取值以及静默区间持续时间长度最大取值：

SilenceCycle-SilenceDuration+MarginTime≤T_interference

$\frac{\mathrm{SilenceDuration}}{\mathrm{SilenceCycle}}\≤P\%$

其中，SilenceCycle为静默区间出现的周期，SilenceDuration为静默区间持续时间长度，MarginTime为预留给CR系统在检测到无线电授权系统后的其它操作的时间长度，T_interference为无线电授权系统能够容忍干扰的最大时间长度，P％为CR系统能够容忍容量的最大损失比例。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站确定出的感知算法所要求的最小检测时间长度，不大于所述基站确定出的静默区间持续时间长度最大取值。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，若存在多种感知算法，且每种感知算法所要求的最小检测时间长度，均不大于所述基站确定出的静默区间持续时间长度最大取值，则该方法还包括：

所述基站根据感知算法的计算复杂度或/和感知算法所要求的最小检测时间长度，从所述多种感知算法中选取一种感知算法。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站根据确定出的感知算法，确定静默区间参数取值，具体为：

所述基站将静默区间持续时间长度设置为感知算法所要求的最小检测时间长度，所述感知算法为所述基站确定出的感知算法；

所述基站根据以下公式设置静默区间出现的周期：

SilenceCycle＝T_interference+SilenceDuration-MarginTime

其中，SilenceCycle为静默区间出现的周期；SilenceDuration为静默区间持续时间长度，其取值与所述基站确定出的感知算法所要求的最小检测时间长度相同；MarginTime为预留给CR系统在检测到无线电授权系统后的其它操作的时间长度；T_interference为无线电授权系统能够容忍干扰的最大时间长度。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

所述基站在确定出静默区间参数取值后，以及终端在接收到基站下发的静默区间参数后，分别设置定时器，并分别根据设置的定时器执行静默；其中，所述定时器的启动周期为所述基站确定出的静默区间的出现周期，所述定时器的定时运行时长为所述基站确定出的静默区间持续时间长度，所述定时器的启动时刻满足如下公式：

(SFN×10+subframe)modSilenceCycle＝StartSilenctOffset

其中，SFN为系统帧号，subframe为子帧编号或时隙编号，SilenceCycle为静默区间出现的周期，StartSilenctOffset为偏移量。

8.一种基站设备，其特征在于，包括：静默区间参数取值设定单元、感知算法筛选单元和静默区间参数下发单元，其中：

静默区间参数取值设定单元，用于确定CR系统的静默区间参数最大取值；以及根据所述感知算法筛选单元确定的感知算法，确定静默区间参数取值；

感知算法筛选单元，用于根据检测性能要求，以及所述静默区间参数最大取值，确定感知算法；

静默区间参数下发单元，用于将所述静默区间参数取值设定单元确定出的静默区间参数下发给CR系统的终端；

其中，所述感知算法是从多个具有不同最小检测时间长度的感知算法中确定出的一个。

9.如权利要求8所述的基站设备，其特征在于，所述静默区间参数取值设定单元具体用于，根据无线电授权系统能够容忍干扰的最大时间长度，以及CR系统能够容忍容量的最大损失，确定CR系统的静默区间参数最大取值。

10.如权利要求9所述的基站设备，其特征在于，CR系统的静默区间参数包括静默区间出现的周期和静默区间持续时间长度；

所述静默区间参数取值设定单元具体用于，根据以下公式确定静默区间出现的周期最大取值以及静默区间持续时间长度最大取值：

SilenceCycle-SilenceDuration+MarginTime≤T_interference

$\frac{\mathrm{SilenceDuration}}{\mathrm{SilenceCycle}}\≤P\%$

其中，SilenceCycle为静默区间出现的周期，SilenceDuration为静默区间持续时间长度，MarginTime为预留给CR系统在检测到无线电授权系统后的其它操作的时间长度，T_interference为无线电授权系统能够容忍干扰的最大时间长度，P％为CR系统能够容忍容量的最大损失比例。

11.如权利要求8所述的基站设备，其特征在于，所述感知算法筛选单元确定出的感知算法所要求的最小检测时间长度，不大于所述静默区间参数取值设定单元确定出的静默区间持续时间长度最大取值。

12.如权利要求11所述的基站设备，其特征在于，所述感知算法筛选单元还用于，若存在多种感知算法，且每种感知算法所要求的最小检测时间长度，均不大于所述静默区间参数取值设定单元确定出的静默区间持续时间长度最大取值，则根据感知算法的计算复杂度或/和感知算法所要求的最小检测时间长度，从所述多种感知算法中选取一种感知算法。

13.如权利要求8所述的基站设备，其特征在于，所述静默区间参数取值设定单元具体用于，在根据感知算法确定静默区间参数取值时，将静默区间持续时间长度设置为感知算法所要求的最小检测时间长度，所述感知算法为所述基站确定出的感知算法；并根据以下公式设置静默区间出现的周期：

SilenceCycle＝T_interference+SilenceDuration-MarginTime

其中，SilenceCycle为静默区间出现的周期；SilenceDuration为静默区间持续时间长度，其取值与所述基站确定出的感知算法所要求的最小检测时间长度相同；MarginTime为预留给CR系统在检测到无线电授权系统后的其它操作的时间长度；T_interference为无线电授权系统能够容忍干扰的最大时间长度。

14.如权利要求8所述的基站设备，其特征在于，还包括定时器设置单元；

所述定时器设置单元，用于设置定时器，所述基站设备根据该定时器执行静默；其中，所述定时器的启动周期为所述静默区间参数取值设定单元确定出的静默区间的出现周期，所述定时器的定时运行时长为所述静默区间参数取值设定单元确定出的静默区间持续时间长度，所述定时器的启动时刻满足如下公式：

(SFN×10+subframe)modSilenceCycle＝StartSilenctOffset

其中，SFN为系统帧号，subframe为子帧编号或时隙编号，SilenceCycle为静默区间出现的周期，StartSilenctOffset为偏移量。