CN103096348B - 一种频谱扫描方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种频谱扫描方法和系统。其中基站频谱扫描方法，包括：接收交通设备发送的所述交通设备的地理位置信息或者车载终端场强信息；根据基站的位置和接入范围，以及所述交通设备的地理位置信息或者接收到的车载终端场强信息，确定所述交通设备是否进入或离开基站的接入范围；如果所述交通设备进入所述基站的接入范围，则指令所述基站停止频谱扫描，为所述交通设备提供服务；若所述交通设备离开所述基站的接入范围，则指令所述基站进入空闲期，开始频谱扫描。采用本发明实施例提供的方法和装置，使基站既能在空闲时进行频谱扫描，也不会影响为交通设备提供的服务。

Description

一种频谱扫描方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种频谱扫描方法及系统。

背景技术

基站，尤其是分布在道路和轨道交通沿线的基站，在空闲期间，会进行频谱扫描，以便确认当前频段是否受到其他信号干扰。其中，所谓的空闲期是指没有任何车载终端等终端设备接入的时间段。在空闲期内，基站有时间来完成实时或动态的干扰扫描。利用该空闲期，基站可以得到当前的频谱干扰情况，并根据干扰扫描结果实施上行子载波扣除，该扣除方案将以广播的形式通过下行传递给即将接入的终端设备，如车载终端等。

如果确定有频段受到干扰，则会启动新的频段来和车载终端进行通信，即在车载终端接入后排除有干扰的频段。

一般的车载终端装备有位置定位系统，交通设备在移动的过程中，可以根据位置定位系统确定的位置信息和地理信息系统(GeographicInformationSystem，GIS)确定附近可能接入的基站，或者通过已经接入基站所检测到的交通设备车载终端的场强信息确定与邻居基站的切换时机，并将这些信息发送给网管系统。网管系统通过这一信息调整指导相应基站的频谱感知状态，以便在车载终端到达前作出转换，停止基站的频谱扫描，为车载终端提供接入和数据传输服务。

因此，基站的扫描最好能在空闲期进行，如果在终端设备接入后还进行扫描，那么就会影响终端设备的业务，甚至会造成终端设备无法正常的接入。

发明内容

为解决现有技术中，基站在终端设备接入时进行频谱扫描会影响终端设备的业务，本发明实施例提供了一种频谱扫描方法和系统。

一种基站频谱扫描方法，包括：

接收交通设备发送的交通设备的地理位置信息或车载终端场强信息；

根据基站的位置和接入范围，以及所述交通设备的地理位置信息或接收到的所述车载终端场强信息，确定所述交通设备是否进入基站的接入范围；

如果所述交通设备进入所述基站的接入范围，则指令所述基站停止频谱扫描，为所述交通设备提供服务。

一种频谱扫描系统，包括网管系统和基站，其中：

所述网管系统，用于接收交通设备发送的交通设备的地理位置信息或者所述车载终端场强信息；根据基站的位置和接入范围，以及所述交通设备的地理位置信息或者所述车载终端场强信息，确定所述交通设备是否进入所述基站的接入范围；如果所述交通设备进入所述基站的接入范围，则指令所述基站停止频谱扫描，为所述交通设备提供服务；

所述基站，用于接收所述交通设备发送的地理位置信息，或者检测所述车载终端场强信息，接收所述网关设备发送的指令，停止频谱扫描，为所述交通设备提供服务。

采用本发明实施例所提供的频谱扫描方法和系统，可以实现基站在空闲期进行频谱扫描，当有车载终端接入该基站时，该基站根据网管系统的通知停止频谱扫描，为该交通设备提供服务。

附图说明

图1为本发明实施例中能量检测的示意图；

图2为本发明实施例中频谱扫描方法所应用的系统架构图；

图3为本发明实施例中计算基站状态的示意图；

图4为本发明实施例中基站状态转换示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明所提供的频谱感知的方法和装置进行详细的描述。

下一代移动通信技术普遍采用正交频分多址(OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess,OFDMA)技术,而采用OFDMA技术的通信系统容易受到拥挤频段上的窄带干扰(例如模拟电视信号)，在低信噪比工作条件下可能带来性能的恶化。为了抑制这些干扰，保证通信质量，存在干扰的窄带频段上对应的子载波应被扣除。因此基站需要感知其中心频点附近的频谱，以便确认存在干扰的子载波频段。

通常情况下，对于道路和轨道交通沿线的基站，感知其中心频点附近的频谱通常采用能量检测的方法。所谓能量检测的方法，是一种常用的频谱感知方法，属于信号的非相干检测。采用此方法，只需要知道被检测频段内信号的能量，即可检测出该频段的干扰情况。为了测量接收信号的能量，需要对带通滤波器的输出信号进行平方运算，并在观测时间段内进行积分，将积分器的输出和固定门限值相比较，得出检测结果。

其中，能量检测的流程图如图1所示，其中信号X(n)通过模拟数字电路转换(A/D转换)，将模拟信号X(n)转换为数字信号后，再经过多点快速傅里叶变换，并在T时间内进行积分，并将得到的结果进行能量检测，将检测到的能量结果进行判决门限比较，如果超出门限值，则认为受到了干扰，如果没有超出门限值，则认为没有受到干扰。

其中，基站在空闲期内对该基站中心频点附近的频谱进行扫描，得到干扰结果。由于道路和轨道交通的特殊性，基站会存在较长的空闲期。在空闲期内，基站有时间完成实时或动态的干扰扫描。利用该空闲期，可以得到当前的频谱干扰情况，并根据干扰扫描结果实施上行子载波扣除，该扣除方案将以广播的形式通过下行传递给即将接入的终端设备。

基站，通过其媒体接入控制层(MediaAccessControl，MAC)进行干扰识别时，通常将若干个载波扫描值进行能量排序，根据能量的大小分成若干组，其中，能量最小的一组用来确定底噪大小，能量最大的一组确定为可能干扰存在区域。同时根据外场测试的结果，将比底噪高出某个阈值的信号认定为干扰。干扰扫描只考虑基站上行干扰扫描，根据扫描结果同时对上行与下行进行载波扣除。

基于以上阐述，我们提出了一种基于GIS信息的频谱感知方案，对传统的频谱扫描技术进行改进。GIS地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。

本发明实施例提供的频谱感知方法，在道路和轨道交通环境下，车载终端(也称终端设备)上报当前接入基站的相关信息和交通设备运行的位置信息给网管系统。网管系统由此建立沿线基站位置和接入范围的地理空间数据库，并通过该数据库和交通设备实时的位置信息或者接收到的车载终端场强信息管理沿线基站的频谱感知状态，并通知交通设备附近的基站停止对相应频段的扫描，并做好服务车载终端的准备。

本发明实施例提供的频谱感知方法，也可以事先在网管系统中配置道路和轨道交通沿线基站位置和接入范围的地理空间数据库，通过接收到交通设备上报的地理位置信息或者车载终端的场强信息，确定为该交通设备上的车载终端服务的基站，并向基站发送对应的指令信息，如：开始频谱扫描，停止频谱扫描，状态切换，或者状态保持等。

其中，本发明实施例所提供的频谱扫描方法，所采用的系统架构图如图2所示，包括：

网管系统可以管理道路或轨道交通沿线的所有基站，收集该所有基站的信息，并存储在GIS数据服务器中，同时网管系统也可以向该所有的基站下发指令信息，如：停止扫描，状态切换，状态保持等。交通设备上的车载终端，通过基站将自身的GIS信息发送给网管系统，网管系统，可以是附图2中的网关等。

本发明实施例提供了一种频谱扫描方法，包括：

102、网管系统接收交通设备发送的交通设备的地理位置信息或者车载终端的场强信息；

其中，需要说明的是，车载终端是设置在该交通设备上的，交通设备发送的该交通设备的地理位置信息，一般情况下，可以理解为是该交通设备上的车载终端发送的。

104、网管系统根据基站的位置和接入范围，以及所述交通设备的地理位置信息或者接收到的车载终端场强信息，确定所述交通设备是否进入基站的接入范围；

需要说明的是：车载终端会向其能够接入的基站发射场强信息，基站根据该车载终端的场强信息，确定该车载终端是否进入自己的服务范围。

106、如果所述交通设备进入所述基站的接入范围，则网管系统指令所述基站停止频谱扫描，为所述交通设备提供服务。

在本发明的另外一个实施例中，

如果所述交通设备没有进入基站的接入范围，则网管系统指令所述基站开始频谱扫描。

其中，网管系统指令基站执行不同的命令，可以是网管系统发送request消息，该消息中携带不同的参数，进而执行不同的命令。

在本发明另外一个实施例中，

网管系统根据接收到的所述交通设备发送的地理位置信息或者接收到的所述车载终端的场强信息，以及所述交通设备接入的基站信息，建立所述基站的位置和接入范围的数据库；或者

在网管系统上配置所述基站的位置和接入范围的数据库。

其中，在本发明实施例中，该交通设备可以是列车，如高铁、动车、普通火车、地铁、轻轨等，也可以是轮船、客车等。

在本发明实施例中，车载终端，也可以成为终端，或者终端设备，是集成在交通设备上的通信设备，可以向基站上报该交通设备的地理位置信息以及所接入基站的信息，如接入什么基站，从什么位置开始接入该基站等。

其中，网管系统，可以是网络中一个独立的设备，如运营商的后台才做系统，也可以由网关等设备来兼任。

由于公路或轨道交通基本上可以被视为线状网络，一个基站覆盖区域可视为一段直线，切换边界可视为两个点，具体的如图3所示：

假设某个基站在GIS数据库里的两个切换点的地理位置坐标为M和N，基站由空闲期到准备工作期的转换时间为t₁，交通设备当前运行速度为v，交通设备当前的位置为Q，交通设备位置定位信息上报的时间间隔为t₂，

考虑直线运行的环境，基站状态转换的临界触发条件为：

${\left\{\right|\stackrel{\→}{\mathrm{NQ}}|,|\stackrel{\→}{\mathrm{MQ}}\left|\right\}}_{\min }=v(t_1+t_2),$ 且 $\stackrel{\→}{\mathrm{NQ}}\·\stackrel{\→}{\mathrm{MQ}}>0$

当 ${\left\{\right|\stackrel{\→}{\mathrm{NQ}}|,|\stackrel{\→}{\mathrm{MQ}}\left|\right\}}_{\min }>v(t_1+t_2),$ 且 $\stackrel{\→}{\mathrm{NQ}}\·\stackrel{\→}{\mathrm{MQ}}>0$ 时，基站处于空闲期，进行频谱扫描；

当 ${\left\{\right|\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{NQ}}|,|\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{MQ}}\left|\right\}}_{\min }<v(t_1+t_2),$ 且 $\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{NQ}}\&CenterDot;\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{MQ}}>0$ 时，基站停止频谱扫描，进入准备工作期；

当时，车载终端位于基站服务区内，基站为其提供业务服务，其中基站的状态转换示意图如图4所示。

本发明实施例所提供具体流程包括：

S1、基站启动后进入空闲期，开始上行频谱扫描工作，扫描的最大频率可以为每帧进行一次，也可以根据需要调整基站的扫描频率，扫描的结果以map的形式向下广播。

S2、车载终端在随交通设备运行时，实时上报交通设备的位置信息，如以私有消息的形式实时上报位置定位信息，同时，交通设备也会将并每次切换的地理位置信息及对应的基站上报给网管系统，形成GIS数据库。交通设备每次切换的地理位置信息，即指交通设备上的车载终端从一个基站切换到另外一个基站时，交通设备的地理位置信息。

S3、网管系统收到当前交通设备的地理位置信息后，根据GIS数据库和上述触发条件算法确定每个基站的状态；

如：根据交通设备上报的地理位置信息，确定基站2需要开始为该交通设备上的车载终端服务，基站1要停止为该该交通设备上的车载终端服务等。

S4、根据计算结果确定该基站是否需要进行状态转换，并发送对应的指令给基站；如：根据交通设备上报的地理位置信息，确定基站2需要开始为该交通设备上的车载终端服务，基站1要停止为该该交通设备上的车载终端服务，基站3的覆盖范围内没有交通设备进入，则会向基站1发送状态转换的消息，让基站1停止为该交通设备服务，开始扫描，向基站2发送停止扫描，进入预备期，准备开始为车载终端提供服务，向基站3发送状态保持的消息，基站3继续处于空闲期，继续进行频谱扫描。

其中，网管系统应该向基站发送什么样的指令，可以参照上述的基站状态转换的临界触发条件，按照该计算方式确定基站当前的状态，并向基站发送指令，同时也要参照基站目前正处在的状态。如经过计算，该基站要为某一车载终端提供服务，但是该基站正在为另外一车载终端提供服务，则该基站就不需要进行状态转换，网管系统发送状态保持的指令，等等。

其中，网管可以向基站发送请求消息，给请求消息中携带以具体的参数，如“stop”表示停止扫描，“start”表示状态转换，“null”表示状态保持等，也可以用“0”表示停止扫描，“1”表示状态转换，，“空”表示状态保持等等。也可以根据自身的喜好和相应的规则进行设置，本发明实施例不做限制。

S5、基站根据网管系统的指令调整自己的工作状态，如基站得到指令后进入准备工作期，则基站停止频谱扫描，并保持最后一次的扫描结果以map形式向下广播；后续基站接收到为终端设备提供服务后，基站为该终端设备提供服务，交通设备离开该基站覆盖的区域后，基站就会接收到网管系统发送的开始扫描的指令，那么基站进入空闲期，重新开始扫描，并将扫描结果以map形式向下广播。

在本发明的系统采用基于位置切换方式的一个具体实施例中，假设在某水平直线铁轨环境下，某基站A在GIS数据库的两个切换边界坐标为M(-1500，0)，N(1500，0)(单位是米)，交通设备当前的运行速度为v＝360km/h＝100m/s，基站状态转换时间为t₁＝0.5秒，用户上报位置信息的间隔是t₂＝1秒。

当用户的位置在P(2000，0)时， $\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{NP}}\&CenterDot;\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{MP}}=\left(\mathrm{3500,0}\right)\&CenterDot;\left(\mathrm{500,0}\right)=1750000>0$ 而因此基站A此时处于空闲期，执行频谱扫描。

当用户的位置在Q(1600，0)时， $\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{NQ}}\&CenterDot;\stackrel{\&RightArrow;}{\mathrm{MQ}}=\left(\mathrm{3100,0}\right)\&CenterDot;\left(\mathrm{100,0}\right)=310000>0$ 而此时网管系统发出指令，基站A停止频谱扫描，进入准备工作期。

当车载终端离开当前基站，且网管系统没有即将有车载终端到来的指示信息时，基站A重新进入空闲期。

在本发明的系统采用基于场强切换方式的另一个具体实施例中，若当前交通设备的车载终端接入的基站为A，其下一个接入的邻居基站为B，当基站A接收到的场强信号低于某一预先设定值后，网管系统向下一接入的邻居基站B发出状态切换指令，基站B由空闲状态转入准备工作状态，等待终端接入基站B之后，基站A进入空闲状态，开始频谱扫描。

采用本发明实施例提供的频谱扫描方法，保证基站的频谱是扫描的正常进行，也能保证为终端设备提供的服务。

本发明实施例提供了一种频谱扫描系统，包括网管系统和基站，其中：

所述网管系统，用于接收终端设备发送的交通设备的地理位置信息或者车载终端场强信息；根据基站的位置和接入范围，以及所述交通设备的地理位置信息，确定所述交通设备是否进入所述基站的接入范围；如果所述交通设备进入所述基站的接入范围，则指令所述基站停止频谱扫描，为所述交通设备提供服务；

所述基站，用于接收所述交通设备发送的地理位置信息或者车载终端场强信息，接收所述网关设备发送的指令，停止频谱扫描，为所述交通设备提供服务。

本发明实施例提供的频谱扫描系统，还包括：

所述网管系统，还用于如果所述交通设备没有进入基站的接入范围，则指令所述基站开始频谱扫描；

所述基站，还用于接收所述网管系统发送的指令，开始进行频谱扫描。

本发明实施例所提供的频谱扫描系统，还包括：

所述网管系统，还用于接收所述交通设备发送的地理位置信息或者车载终端场强信息，以及所述交通设备接入的基站信息，建立所述基站的位置和接入范围的数据库；或者

所述网管系统，还用于配置所述基站的位置和接入范围的数据库。

本发明实施例所提供的频谱扫描系统，还包括：

所述网管系统，还用于若所述交通设备离开所述基站的接入范围,则指令所述基站进入空闲期,开始频谱扫描。

本发明实施例所提供的频谱扫描系统，其具体的实施方式可以参照方法实施例中的描述。在本频谱扫描系统中，基站可以在空闲期进行频谱扫描，当有终端接入时，能停止扫描，为终端提供服务。

以上是本发明实施例一个较佳的实施方式而已，任何人在熟悉本领域技术的前提下，在不背离本发明的精神和不超出本发明涉及的技术范围的前提下，可以对本发明描述的细节作各种补充和修改。本发明的保护范围不限于实施例所列举的范围，本发明的保护范围以权利要求为准。

Claims (9)

1.一种频谱扫描方法，其特征在于，包括：

接收交通设备发送的所述交通设备的地理位置信息或者车载终端场强信息；

根据基站的位置和接入范围，以及所述交通设备的地理位置信息或者所述车载终端场强信息，确定所述交通设备是否进入基站的接入范围；

如果所述交通设备进入所述基站的接入范围，则指令所述基站停止频谱扫描，为所述交通设备提供服务。

2.如权利要求1所述的频谱扫描方法，其特征在于，还包括：

如果所述交通设备没有进入基站的接入范围，则指令所述基站开始频谱扫描。

3.如权利要求1所述的频谱扫描方法，其特征在于，还包括：

接收所述交通设备发送的地理位置信息或者接收到的所述车载终端场强信息，以及所述交通设备接入的基站信息，建立所述基站的位置和接入范围的数据库；或者配置所述基站的位置和接入范围的数据库。

4.如权利要求1至3任一所述的频谱扫描方法，其特征在于，

若网管系统根据所述交通设备的地理位置信息发起切换，当基站A的两个切换点的地理位置坐标为M和N，基站由空闲期到准备工作期的转换时间为t₁，交通设备当前运行速度为v，交通设备当前的位置为Q，交通设备上报地理位置信息的时间间隔为t₂，则

基站状态转换的临界触发条件为：

${\left\{\right|\stackrel{\&RightArrow;}{NQ}|,|\stackrel{\&RightArrow;}{MQ}\left|\right\}}_{min}=v(t_1+t_2),$ 且 $\stackrel{\&RightArrow;}{NQ}\&CenterDot;\stackrel{\&RightArrow;}{MQ}>0;$

当且时，基站处于空闲期，进行频谱扫描；

或者

当且时，基站停止频谱扫描，进入工作状态；或者

当时，交通设备位于基站服务区内，基站为其提供业务服务。

5.如权利要求1至3任一所述的频谱扫描方法，其特征在于，若网管系统根据接收到的所述车载终端场强信息发起切换，则当所述车载终端接入后，当基站A监测到接收场强低于某一预先设定值后，所述网管系统向其下一个接入的邻居基站B发出状态转换指令，待所述车载终端接入基站B之后,基站A停止为交通设备提供业务服务,进入空闲期并进行频谱扫描，所述基站B接收到所述网管系统发来的转换指令后,停止频谱扫描，进入工作状态。

6.一种频谱扫描系统，其特征在于，包括网管系统和基站，其中：

所述网管系统，用于接收交通设备发送的所述交通设备的地理位置信息或者车载终端场强信息；根据基站的位置和接入范围，以及所述交通设备的地理位置信息或者所述车载终端场强信息，确定所述交通设备是否进入所述基站的接入范围；如果所述交通设备进入所述基站的接入范围，则指令所述基站停止频谱扫描，为所述交通设备提供服务；

所述基站，用于接收所述交通设备发送的地理位置信息，或者检测所述车载终端场强信息，接收所述网管系统发送的指令，停止频谱扫描，为所述交通设备提供服务。

7.如权利要求6所述的频谱扫描系统，其特征在于，还包括：

所述网管系统，还用于如果所述交通设备没有进入基站的接入范围，则指令所述基站开始频谱扫描；

所述基站，还用于接收所述网管系统发送的指令，开始进行频谱扫描。

8.如权利要求6所述的频谱扫描系统，其特征在于，还包括：

所述网管系统，还用于接收所述交通设备发送的地理位置信息或者车载终端场强信息和所述交通设备接入的基站信息，建立所述基站的位置和接入范围的数据库；或者

所述网管系统，还用于配置所述基站的位置和接入范围的数据库。

9.如权利要求6所述的频谱扫描系统，其特征在于，还包括：

所述网管系统，还用于若所述交通设备离开所述基站的接入范围,则指令所述基站进入空闲期,开始频谱扫描。