CN102857306B - 一种信道可用度的检测方法、频谱管理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信道可用度的检测方法、频谱管理方法及系统，应用于认知无线电系统中，所述检测方法包括：次级系统中的网元下发信道监测命令，指示认知用户对指定信道的主用户干扰信号进行监测；对于每一信道，所述网元根据各认知用户在一段时间内上报的该信道的干扰参数的值，采用指数型模型计算所述信道的信道可用度。所述频谱管理方法包括：在按照上述方法完成信道可用度计算后，上述网元按照计算出的信道可用度的值进行信道优先级排序，为发起信道请求的认知用户分配可用的、信道优先级最高的信道。采用本发明后，使网络侧对于认知用户的信道分配更加合理，减少信道切换，有利于网络的性能稳定。

Description

一种信道可用度的检测方法、频谱管理方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种信道可用度的检测方法、频谱管理方法及系统。

背景技术

认知无线电是一种技术，它的无线设备能识别频谱环境并且通过选取适当的带宽和通信方式来提高频谱使用效率。认知无线电技术使频率资源得到了更有效的使用。在认知无线电系统中，不同的信道分配算法在管理使用频率上处理优先权的方式是不一样的。

当多个无线通信系统同时在某一区域使用认知无线电技术时，每个系统的频谱使用优先级已在系统中预先设定好，各个系统根据频率使用优先级来共享这些频谱资源。在认知无线电系统中，很多信道分配算法使用对信道定义优先级的方式来管理频谱的分配。由于移动用户所使用的基于传统动态信道分配(DynamicChannelAllocation，简称为DCA)技术的手机并没有管理频谱使用优先级的功能，因此在没有改造成认知无线电系统之前是不能使用的。

动态频谱共享的认知无线电系统的特点是：不定时不定点的动态使用频谱资源。动态频谱共享认知无线电系统频谱的使用规范是：主用户享有高的优先权，它的无线设备使用已分配的频段；次用户享有低的优先权，它的无线设备使用未被主用户占用的频段，它对频谱的使用需要依靠认知无线电技术。

对于任何无线通信用户来讲，都希望使用稳定的、干扰低的信道进行通信。但是在众多可用的信道中，要评价一个信道的好坏，或者量化信道对无线通信用户的满足程度，靠随机选取信道的方式肯定是不可取的。在认知无线电频谱管理中，最初的方法在已知可用的信道中随机选取信道并分配给用户使用，这样做很有可能把遭受间歇性干扰的信道分配给用户，而这样的信道很不稳定，有可能造成用户不断的切换频率。随后出现的“冒泡”方法对信道质量的好坏进行排序，具体做法是用户在某信道遭受干扰且进行过一次频率切换则优先级降一级，这种方法的缺点是信道优先级表更新速度很慢，不能及时反映信道的状况。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种信道可用度的检测方法、频谱管理方法及系统，以合理进行信道分配。

为解决上述问题，本发明提供一种信道可用度的检测方法，应用于认知无线电系统中，包括：

次级系统中的网元下发信道监测命令，指示认知用户对指定信道的主用户干扰信号进行监测；

对于每一信道，所述网元根据各认知用户在一段时间内上报的该信道的干扰参数的值，采用指数型模型计算所述信道的信道可用度。

进一步地，

所述干扰参数至少包括：干扰发生频率和/或干扰时间比。

进一步地，

当所述网元为所述次级系统中的基站时，所述方法还包括：

所述基站将计算出的各信道的信道可用度发送给中心控制节点。

本发明还提供了一种频谱管理方法，应用于认知无线电系统中，包括：

次级系统中的网元下发信道监测命令，指示认知用户对指定信道的主用户干扰信号进行监测；

对于每一信道，所述网元根据各认知用户在一段时间内上报的该信道的干扰参数的值，采用指数型模型计算所述信道的信道可用度；

所述网元按照计算出的信道可用度的值进行信道优先级排序，为发起信道请求的认知用户分配可用的、信道优先级最高的信道。

进一步地，

所述干扰参数至少包括：干扰发生频率和/或干扰时间比。

进一步地，

当所述网元为所述次级系统中的基站时，所述方法还包括：

所述基站将计算出的各信道的可用度发送给中心控制节点。

相应地，本发明提供了一种信道可用度的检测系统，应用于认知无线电系统的次级系统的网元中，包括：

第一装置，用于下发信道监测命令，指示认知用户对指定信道的主用户干扰信号进行监测；

第二装置，用于对于每一信道，根据各认知用户在一段时间内上报的该信道的干扰参数的值，采用指数型模型计算所述信道的信道可用度。

进一步地，

所述干扰参数至少包括：干扰发生频率和/或干扰时间比。

进一步地，

当所述网元为所述次级系统中的基站时，所述系统中还包括：

第三装置，用于将所述第二装置计算出的各信道的信道可用度发送给中心控制节点。

相应地，本发明提供了一种频谱管理系统，应用于认知无线电系统的次级系统的网元中，包括：

第一装置，用于下发信道监测命令，指示认知用户对指定信道的主用户干扰信号进行监测；

第二装置，用于对于每一信道，根据各认知用户在一段时间内上报的该信道的干扰参数的值，采用指数型模型计算所述信道的信道可用度；

第三装置，用于按照计算出的信道可用度的值进行信道优先级排序，为发起信道请求的认知用户分配可用的、信道优先级最高的信道。

进一步地，

所述干扰参数至少包括：干扰发生频率和/或干扰时间比。

进一步地，

当所述网元为所述次级系统中的基站时，所述系统还包括：

第四装置，用于将计算出的各信道的可用度发送给中心控制节点。

采用本发明后，使网络侧对于认知用户的信道分配更加合理，减少信道切换，有利于网络的性能稳定。

附图说明

图1为本发明实施例中系统架构图；

图2为本发明实施例中信道可用度的监测方法流程；

图3为本发明应用示例一中中心控制节点计算信道可用度的流程图；

图4为本发明应用示例二中次级系统基站计算信道可用度的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在本实施例中，一种信道可用度的检测方法，应用于如图1所示的认知无线电系统中，该系统中包括：基站和中心控制节点，如图2所示，该方法包括：

步骤10、次级系统中的网元下发信道监测命令，指示认知用户对指定信道的主用户干扰信号进行监测；

步骤20、对于每一信道，上述网元根据各认知用户在一段时间内上报的监测到的该信道的干扰参数的值，采用指数型模型计算该信道的可用度。该指数模型可采用如下公式表示：A＝f(F，R)。其中，A表示信道可用度；f()表示一个指数型函数；F表示干扰频率，R表示干扰时间比。

信道可用度指根据在一段时间内监测到的干扰参数及影响干扰参数变化程度的参数因子等所确定的信道可以被使用的量度，上述干扰参数至少包括干扰发生频率和干扰时间比。其中：干扰发生频率指在一段时间内认知用户所检测到的信道信号从等于干扰阈值变化到高于干扰阈值的频率；干扰时间比指在一段时间内认知用户检测到的信道信号频率高于干扰阈值的时间占整个监测时间的比值。

上述次级系统中的网元可以是次级系统中的基站(以下简称基站)，也可以是中心控制节点。

如果该网元是基站，则中心控制节点可以把干扰阈值下发给基站或者由基站自行设定阈值，然后基站通过监测命令下发给认知用户。在基站接收到认知用户上报的信道的干扰参数的值后，计算该信道的可用度，并反馈给中心控制节点。基站的控制命令中可携带下述内容：信息采集频率、采集时长、采集次数、信道频率等。终端根据上述信息采集频率、采集时长、采集次数及信道频率的值进行干扰参数的采集、监测。

在另一实施例中，基站可以在接收到认知用户上报的指定信道的干扰参数的值后，将该值上报给中心控制节点，由中心控制节点计算该信道的可用度。

在完成信道可用度计算后，上述网元可以按照信道可用度由高到低的顺序，为发起信道请求的认知用户分配可用信道。

在本实施例中，一种信道可用度的检测系统，应用于认知无线电系统的次级系统的网元中，包括：

第一装置，用于下发信道监测命令，指示认知用户对指定信道的主用户干扰信号进行监测；

第二装置，用于对于每一信道，根据各认知用户在一段时间内上报的该信道的干扰参数的值，采用指数型模型计算所述信道的信道可用度。

较优地，

所述干扰参数至少包括：干扰发生频率和/或干扰时间比。

较优地，

当所述网元为所述次级系统中的基站时，所述系统中还包括：

第三装置，用于将所述第二装置计算出的各信道的信道可用度发送给中心控制节点。

此外，一种频谱管理系统，应用于认知无线电系统的次级系统的网元中，包括：

第一装置，用于下发信道监测命令，指示认知用户对指定信道的主用户干扰信号进行监测；

第二装置，用于对于每一信道，根据各认知用户在一段时间内上报的该信道的干扰参数的值，采用指数型模型计算所述信道的信道可用度；

第三装置，用于按照计算出的信道可用度的值进行信道优先级排序，为发起信道请求的认知用户分配可用的、信道优先级最高的信道。

较优地，

所述干扰参数至少包括：干扰发生频率和/或干扰时间比。

较优地，

当所述网元为所述次级系统中的基站时，所述系统还包括：

第四装置，用于将计算出的各信道的可用度发送给中心控制节点。

下面用本发明的几个应用示例进行进一步说明。

应用示例一

在本示例中，由中心控制节点收集干扰信号，计算信道可用度，如图3所示，包括：

步骤一：中心控制节点下发信道监测命令给次级系统基站，该信道监测命令携带有但不限于如下信息：信道频率、干扰阈值、区域范围、时间范围等；

步骤二：次级系统基站收到信道监测命令后，下发控制命令给上述指定区域范围内的认知用户，让其监测信道的干扰情况。该控制命令中包括：信息采集频率、采集时长、采集次数及信道频率等；

步骤三：认知用户根据控制命令对指定信道进行监测，在一段时间内采集干扰结果，并上报给次级系统基站。所述上报的结果包括但不限于包括如下信息：信道频率、干扰时间比、干扰频率等，还可以包括干扰功率/能量值等；

步骤四：次级系统基站收到干扰结果后，上报给中心控制节点，由中心控制节点根据该干扰结果中的干扰时间比和干扰频率利用指数型模型计算该信道的可用度，并按照计算出的信道可用度的值的大小进行信道优先级的排序。其中，指数型模型采用如下公式：

$A=\frac{1}{{\mathrm{\α}}^F\×{\mathrm{\β}}^R}$

其中，A表示信道可用度；F表示干扰频率；R表示干扰时间比；α表示干扰频率控制因子，β表示干扰时间比控制因子，且α、β的取值可以由网络侧网元决定，一般取值大于1。信道可用度值越高的信道，其优先级越高。

步骤五：当有认知用户请求信道分配时，中心控制节点可根据上述得到的各信道的优先级，把当前可用的、优先级最高的信道分配给该认知用户。

应用示例二

在本示例中，由次级系统基站收集干扰参数的值，并计算信道可用度，如图4所示，包括以下步骤：

步骤一：中心控制节点下发信道监测命令给次级系统基站，让其检测信道的可用度等。该监测命令中携带：信道频率、干扰阈值等；当然，该干扰阈值也可以不携带在监测命令中，而由次级系统基站自行进行设置；

步骤二：次级系统基站收到信道监测命令后，下发控制命令给认知用户让其监测信道的干扰情况。所述的控制命令包括：信息采集频率、采集时长、采集次数、信道频率、区域范围及时间范围等。

步骤三：认知用户根据控制命令对指定信道进行监测，并将在上述指定时间范围内采集到的干扰结果上报给次级系统基站。其中，上报的干扰结果包括但不限于如下信息：信道频率、采集时间信息、干扰频率及干扰功率/能量值等；

步骤四：次级系统基站收到干扰结果后，根据该干扰结果利用指数型模型计算信道可用度，并按照信道可用度的值的大小进行信道优先级的排序。其中，指数型模型为如下公式：

$A=\frac{1}{{\mathrm{\α}}^{F\×R}}$

其中，A表示信道可用度；F表示干扰频率；R表示干扰时间比；α表示干扰控制因子，其取值可以由网络侧网元决定，一般取值大于1。信道可用度值越高的信道，其优先级越高。

此外，次级系统基站可以把计算出的信道可用度的值反馈给中心控制节点。

步骤五：当有认知用户请求进行信道分配时，次级系统基站可以根据上述得到的各信道的信道优先级，把当前可用的、信道优先级最高的信道分配给该认知用户。

当然，当收到认知用户请求信道分配的请求消息时，次级系统基站也可以将该请求上报给中心控制节点，由中心控制节点根据从次级系统基站处接收到的信道可用度的值进行分配，把当前可用的、信道可用度值最高的(即信道优先级最高的)信道分配给该认知用户。

应用示例三

在本示例中，由中心控制节点收集干扰信号，计算信道可用度，如图3所示，包括：

步骤一到步骤三如同应用示例一中的步骤一至步骤三，在此不再进行赘述；

步骤四：次级系统基站收到干扰结果后，上报给中心控制节点，由中心控制节点根据该干扰结果利用指数型模型计算该信道的可用度，并按照信道可用度的值的大小进行优先级排序。其中，指数型模型为如下公式：

A＝α^F×β^R

其中，A表示信道可用度；F表示干扰频率；R表示干扰时间比；α表示干扰频率控制因子，β表示干扰时间比控制因子，且α、β的取值可以由网络侧网元决定，一般取值大于1。信道可用度值越高的信道，其优先级越低。

步骤五：当有认知用户请求信道分配时，中心控制节点根据计算出的各信道的信道可用度，把当前可用的、信道可用度值最小的(即优先级最高的)信道分配给该认知用户。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。根据本发明的发明内容，还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种信道可用度的检测方法，应用于认知无线电系统中，包括：

次级系统中的网元下发信道监测命令，指示认知用户对指定信道的主用户干扰信号进行监测；

对于每一信道，所述网元根据各认知用户在一段时间内上报的该信道的干扰参数的值，采用指数型模型计算所述信道的信道可用度；

所述干扰参数至少包括：干扰发生频率和干扰时间比。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

当所述网元为所述次级系统中的基站时，所述方法还包括：

所述基站将计算出的各信道的信道可用度发送给中心控制节点。

3.一种频谱管理方法，应用于认知无线电系统中，包括：

次级系统中的网元下发信道监测命令，指示认知用户对指定信道的主用户干扰信号进行监测；

对于每一信道，所述网元根据各认知用户在一段时间内上报的该信道的干扰参数的值，采用指数型模型计算所述信道的信道可用度；

所述网元按照计算出的信道可用度的值进行信道优先级排序，为发起信道请求的认知用户分配可用的、信道优先级最高的信道；

所述干扰参数至少包括：干扰发生频率和干扰时间比。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，

当所述网元为所述次级系统中的基站时，所述方法还包括：

所述基站将计算出的各信道的可用度发送给中心控制节点。

5.一种信道可用度的检测系统，应用于认知无线电系统的次级系统的网元中，包括：

第一装置，用于下发信道监测命令，指示认知用户对指定信道的主用户干扰信号进行监测；

第二装置，用于对于每一信道，根据各认知用户在一段时间内上报的该信道的干扰参数的值，采用指数型模型计算所述信道的信道可用度；

所述干扰参数至少包括：干扰发生频率和干扰时间比。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，

当所述网元为所述次级系统中的基站时，所述系统中还包括：

第三装置，用于将所述第二装置计算出的各信道的信道可用度发送给中心控制节点。

7.一种频谱管理系统，应用于认知无线电系统的次级系统的网元中，包括：

第一装置，用于下发信道监测命令，指示认知用户对指定信道的主用户干扰信号进行监测；

第二装置，用于对于每一信道，根据各认知用户在一段时间内上报的该信道的干扰参数的值，采用指数型模型计算所述信道的信道可用度；

第三装置，用于按照计算出的信道可用度的值进行信道优先级排序，为发起信道请求的认知用户分配可用的、信道优先级最高的信道；

所述干扰参数至少包括：干扰发生频率和干扰时间比。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，

当所述网元为所述次级系统中的基站时，所述系统还包括：

第四装置，用于将计算出的各信道的可用度发送给中心控制节点。