CN103079212A - 一种基于干扰矩阵的动态频率分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于干扰矩阵的动态频率分配方法，该方法包括：在覆盖网络（Overlay Network）上搭建一个动态频率分配网络，从避免台站通信产生干扰的角度出发，为整个区域内所有行业可供使用的频谱资源进行统一的分配及协调，确保在一定的约束条件下，最大化的共享频谱资源，满足各个台站的无线通信需求；基于干扰矩阵的频率干扰分析是频率分配系统的关键步骤，是通过对智能体节点与其关联台站进行预处理，以获得智能体节点对其他智能体节点的可能干扰信息，并在此基础上动态的对台站的频率申请进行分析。在提高频谱资源利用率的同时，最大可能的保障各台站的用频需求。

Description

一种基于干扰矩阵的动态频率分配方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于干扰矩阵的动态频率分配方法。

背景技术

由于无线电作为一种资源，已经深入社会生活方方面面，实现了人类“随时随地随心沟通”的梦想，是文化建设、社会建设的重要组成部分，是提升人民生活质量的重要物质支撑；同时无线电也是保障经济安全、国防安全、信息安全、社会安全和国家安全的重要基石；无线电频率资源的有效开发和高效使用是国家核心竞争力的充分体现。

然而，在频谱测量的大量研究中发现，由于无线电新技术的不断发展，大容量信息无线传输的需求不断增加，需要使用更多的频谱资源，频率资源表现出即将枯竭，不够分配的现象，而实质上是在已使用频谱在多维空间中存在着频谱利用率低的现象。

因此提高频谱资源的利用率，使得有限的资源能够最大的充分利用，从而缓解未来频谱资源的海量需求与有限供给之间存在的严重供求矛盾。相比于传统的静态（或固定）频率分配方式，动态频率分配更为高效，不仅可以最大化的满足台站对频率的需求，避免台站间的干扰，而且可以最大程度的避免频率资源的闲置和浪费。针对不同的应用场景及特定的业务，动态频率分配方法是进行频谱管理、分配、协调的一种有效的、可靠的手段。

现有技术中，各台站采用静态频率分配方式指配频率资源，尤其是在复杂电磁环境中，尚没有采用动态频率指配方式。

在实现本发明的过程中，现有技术至少存在如下不足：

在复杂电磁环境下，台站类型多、分布密集，台站间辐射干扰严重，当台站受到干扰时，一般采取增大发射功率的办法占用频率资源，导致电磁环境更加复杂，从而引起更多的台站间干扰；优先级高的台站的频率需求得到优先保障，当该台站不占用频率时，该频率资源被闲置，频率利用率不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于干扰矩阵的动态频率分配方法，不仅能够根据各台站的信息计算干扰覆盖范围及分析各台站间是否干扰，而且能够根据应用场景、业务和台站优先级，在提高频谱资源利用率的同时，最大可能的保障各台站的用频需求。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于干扰矩阵的动态频率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）在覆盖网络上构建一个动态频率分配网络，动态频率分配网络中设置若干个各智能体节点，智能体节点与与台站建立通信联系，所述台站需要使用频率时，通过与其建立的智能体节点进行用频申请；

2）智能体节点根据自身的数据管理系统，对所述台站的用频申请进行频率约束性分析，若所述台站申请的频率处于频率划分信息中的正确频段，且没有受到保护、禁用、管制、征用等限制，则同意申请，否则不同意申请；

3）对经过频率约束性分析后的同意的用频申请进行干扰计算，确定在不同工作频率上各个台站间是否存在干扰，并将台站间的干扰计算结果按照台站和频段保存在三维频率干扰矩阵中，

所述台站间不存在干扰时，则基于三维频率干扰矩阵按照潜在最小干扰原则进行频率分配；

若所述台站之间存在干扰，则通过多层协调进行递归频率协调后，再进行频率分配，使得所有台站的用频需求都能得到保障；

4）将台站分配频率的结果，通过覆盖网络，广播给各智能体节点，各智能体节点收到广播信息后，及时更新数据管理系统，为下一次的频率协调做好准备。

优选的，所述步骤3）中协调失败时候，通过优先级策略进行决策，优先保障优先级高的台站的用频需求，收回优先级低的台站占用的频率资源，转而分配给优先级高的台站。

优选的，所述智能体节点之间的通信通过单播或组播完成，所述智能体节点发出的数据通过覆盖网络上的路由器发送。

优选的，所述智能体节点自下而上分为技术支撑的数据层、功能实现的业务层和用户交互的表现层三层；

数据层中包括智能体节点在频率分配、频率协调及智能体节点交互中所涉及的相关的频谱管理相关知识数据；

业务层负责频率的约束性分析、干扰分析、频率协调及频率分配等功能；

表现层是用户与智能体交互的桥梁，采用图、表、和文字结合的方式展示用频申请、频率分配、频率协调及人工干预等相关信息。

优选的，所述动态频率分配网络中的智能体节点与一个或多个台站建立通信关系后，则智能体节点通过各台站的各项参数，如工作频段、发射功率、天线特性、接收门限、地理信息、用频优先级等，结合电波传播特性，形成智能体节点上绑定台站的用频覆盖范围集合。

优选的，所述三维频率干扰矩阵是基于频段的三维矩阵，表示为D，矩阵中的元素表示为d_i,j,k=g(p,q,f)，其中i,j,k分别表示x,y,z坐标轴方向的向量，p,q分别表示第p、q个台站，f表示频段，g(p,q,f)表示第p、q个台站在频段f处的干扰分析函数，若两个台站在f频段处存在干扰，则d_i,j,k=1，若不存在干扰，则di_,j,k=0。

优选的，所述当p=q时，d_i,j,k=0。

优选的，所述多层协调是在三维频率干扰矩阵中d_i,j,k=1时，进行多层协调，

第一层是确保台站用频符合频率划分、频率保护、管控、禁用等的用频约束；

第二层是确保智能体节点内部台站之间不产生干扰；

第三层是满足优先级更高的台站可以优先使用频率；

第四层是使最多的台站可以得到用频保障。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

首先，能够根据各台站的信息，计算各台站的干扰覆盖范围及分析台站间干扰情况，在没有干扰的情况下，动态的分配频率，保障各台站的用频需求。

其次，在三维频率干扰矩阵的基础上，若台站间产生干扰，能够根据台站的信息及优先级，在保障高优先级台站用频需求的情况下，使最多的台站得到用频保障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的动态频率分配的流程图。

图2是本发明的覆盖网络、智能体节点与台站间的关系图。

图3是本发明的智能体节点功能图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参照图1，本发明实施例提供一种基于干扰矩阵的动态频率分配方法，该方法的实施过程中包括台站用频申请、频率约束性分析、频率干扰分析、频率协调和频率分配五个单元；

所述台站用频申请单元用于台站需要使用频率时，通过与其绑定的智能体，提出用频申请；

所述频率约束性分析单元用于对台站提出的用频申请进行频率的划分、频率保护、频率管制及频率征用等方面的分析，若所申请的频率符合要求，则可以申请频率，否则驳回频率申请；

所述频率干扰分析单元用于对各台站的用频进行干扰计算，根据台站信息，进行频率干扰性分析，若不存在干扰，则自动分配频率，否则不予分配频率，进行协调；

所述频率协调单元用于对存在干扰的用频申请，进行多层协调，以优先保障高优先级台站的用频需求，同时兼顾更多的台站的用频申请；

所述频率分配单位用于通过用频申请，且不存在干扰的情况下，对台站进行频率分配。

一种基于干扰矩阵的动态频率分配方法，包括以下步骤：

步骤1，在H-ALM（支持大规模应用层组播的混合拓扑覆盖网络）覆盖网络上构建一个动态频率分配网络，网络中的各智能体节点为具有频率分配、频率干扰分析、频率协调和智能体节点通信等能力，智能体节点与台站建立绑定关系。台站在需要使用频率时，通过与其绑定的智能体节点进行用频申请。

图2所示为覆盖网络、智能体节点和台站的关系图。

步骤2，智能体节点根据自身的数据管理系统，对台站的用频申请进行约束性分析，若台站申请的频率处于频率划分信息中的正确频段，且没有受到保护、禁用、管制、征用等限制，则同意申请，否则驳回申请。

步骤3，对经过频率约束性分析后的用频申请进行干扰计算，确定在不同工作频率上各个台站间是否存在干扰，并将台站间的干扰计算结果按照台站和频段保存在三维频率干扰矩阵中。若台站间不存在干扰，则基于干扰矩阵按照潜在最小干扰原则进行频率分配；若台站间存在干扰，则通过多层协调进行递归频率协调后，再进行频率分配，使得所有台站的用频需求都能得到保障；如果协调失败，则通过台站优先级策略进行决策，优先保障优先级高的台站的用频需求，收回优先级低的台站占用的频率资源，转而分配给优先级高的台站。

图3所示为智能体节点的功能图。

步骤4，将台站分配频率的结果，通过H-ALM覆盖网络，广播给各智能体节点，各智能体节点收到广播信息后，及时更新数据管理系统，为下一次的频率协调做好准备。

优选的：所述H-ALM覆盖网络具有网络拓扑管理和应用层组播的功能，动态频率分配网络依托该H-ALM覆盖网络，智能体节点之间的关联完全依赖覆盖网络的组织方式。H-ALM覆盖网络本身具有强大的组播能力，智能体节点之间的通信既可以存在单播也可以实现组播，至于数据在网络上的路由转发和保障则由覆盖网络本身决定。

优选的：所述智能体节点自下而上分为技术支撑的数据层、功能实现的业务层和用户交互的表现层三层。

数据层中包括节点在频率分配、频率协调及节点交互中所涉及的相关的频谱管理相关知识数据；

业务层负责频率的约束性分析、干扰分析、频率协调及频率分配等功能；

表现层是用户与智能体交互的桥梁，采用图、表、和文字结合的方式展示用频申请、频率分配、频率协调及人工干预等相关信息。

优选的：所述智能体节点与一个或多个台站建立绑定关系后，则节点通过各台站的各项参数，如工作频段、发射功率、天线特性、接收门限、地理信息、用频优先级等，结合电波传播特性，形成智能体节点上绑定台站的用频覆盖范围集合。

优选的：所述三维频率干扰矩阵是基于频段的三维矩阵，表示为D，矩阵中的元素表示为d_i,j,k=g(p,q,f)，其中i,j,k分别表示x,y,z坐标轴方向的向量，p,q分别表示第p、q个台站，f表示频段，g(p,q,f)表示第p、q个台站在频段f处的干扰分析函数，该函数与应用场所的地理环境、电波传播模型、频率、台站接收门限电平、台站发射功率、天线高度、天线增益及两台站间的距离等信息有关。若两个台站在f频段处存在干扰，则d_i,j,k=1，若不存在干扰，则d_i,j,k=0。特别的，当p=q时，d_i,j,k=0。

优选的：所述多层协调是在干扰矩阵中d_i,j,k=1时，进行多层协调，第一层是确保台站用频符合频率划分、频率保护、管控、禁用等的用频约束；第二层是确保智能体节点内部台站之间不产生干扰；第三层是满足优先级更高的台站可以优先使用频率；第四层是使最多的台站可以得到用频保障。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种基于干扰矩阵的动态频率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在覆盖网络上构建一个动态频率分配网络，动态频率分配网络中设置若干个各智能体节点，智能体节点与台站建立通信联系，所述台站需要使用频率时，通过向与其建立的智能体节点进行用频申请；

2)智能体节点根据自身的数据管理系统，对所述台站的用频申请进行频率约束性分析，若所述台站申请的频率处于频率划分信息中的正确频段，且没有受到保护、禁用、管制、征用等限制，则同意申请，否则不同意申请；

3）对经过频率约束性分析后的同意的用频申请进行干扰计算，确定在不同工作频率上各个台站间是否存在干扰，并将台站间的干扰计算结果按照台站和频段保存在三维频率干扰矩阵中，

所述台站间不存在干扰时，则基于三维频率干扰矩阵按照潜在最小干扰原则进行频率分配；

若所述台站之间存在干扰，则通过多层协调进行递归频率协调后，再进行频率分配，使得所有台站的用频需求都能得到保障；

4）将台站分配频率的结果，通过覆盖网络，广播给各智能体节点，各智能体节点收到广播信息后，及时更新数据管理系统，为下一次的频率协调做好准备。

2.根据权利要求1所述的一种基于干扰矩阵的动态频率分配方法，其特征在于：所述步骤3）中协调失败时候，通过优先级策略进行决策，优先保障优先级高的台站的用频需求，收回优先级低的台站占用的频率资源，转而分配给优先级高的台站。

3.根据权利要求1所述的一种基于干扰矩阵的动态频率分配方法，其特征在于：所述智能体节点之间的通信通过单播或组播完成，所述智能体节点发出的数据通过覆盖网络上的路由器发送。

4.根据权利要求1所述的一种基于干扰矩阵的动态频率分配方法，其特征在于：所述智能体节点自下而上分为技术支撑的数据层、功能实现的业务层和用户交互的表现层三层；

数据层中包括智能体节点在频率分配、频率协调及智能体节点交互中所涉及的相关的频谱管理相关知识数据；

业务层负责频率的约束性分析、干扰分析、频率协调及频率分配等功能；

表现层是用户与智能体交互的桥梁，采用图、表、和文字结合的方式展示用频申请、频率分配、频率协调及人工干预等相关信息。

5.根据权利要求1所述的一种基于干扰矩阵的动态频率分配方法，其特征在于：所述动态频率分配网络中的智能体节点与一个或多个台站建立通信关系后，则智能体节点通过各台站的各项参数，如工作频段、发射功率、天线特性、接收门限、地理信息、用频优先级等，结合电波传播特性，形成智能体节点上绑定台站的用频覆盖范围集合。

6.根据权利要求1所述的一种基于干扰矩阵的动态频率分配方法，其特征在于：所述三维频率干扰矩阵是基于频段的三维矩阵，表示为D，矩阵中的元素表示为d_i,j,k=g(p,q,f)，其中i,j,k分别表示x,y,z坐标轴方向的向量，p,q分别表示第p、q个台站，f表示频段，g(p,q,f)表示第p、q个台站在频段f处的干扰分析函数，若两个台站在f频段处存在干扰，则d_i,j,k=1，若不存在干扰，则d_i,j,k=0。

7.根据权利要求6所述的一种基于干扰矩阵的动态频率分配方法，其特征在于：所述当p=q时，d_i,j,k=0。

8.根据权利要求1所述的一种基于干扰矩阵的动态频率分配方法，其特征在于：所述多层协调是在三维频率干扰矩阵中d_i,j,k=1时，进行多层协调，

第一层是确保台站用频符合频率划分、频率保护、管控、禁用等的用频约束；

第二层是确保智能体节点内部台站之间不产生干扰；

第三层是满足优先级更高的台站可以优先使用频率；

第四层是使最多的台站可以得到用频保障。

Images