CN103209495B - 一种感知频点选择方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种感知频点选择方法，A、在基站侧建立系统初始化时的全频段感知信息库，所述全频段感知信息库用于存储通过预感知所获取的全部频点信息；B、基站根据存储于全频段感知信息库中的频点信息，选择需要感知的m个频点，以及指派在第i个需要感知的频点上的认知无线电终端个数nk和这nk个认知无线电终端的标识，所述m、k和nk均为自然数，且m＜M，1≤k≤m，nk＜N，M为全频段感知信息库中的频点总数，N为认知无线电终端的总数；C、基站通知所述认知无线电终端去感知对应的频点，被通知的认知无线电终端将各自的感知信息上报给基站进行融合判决；D、基站根据融合判决的结果对全频段感知信息库中的数据信息进行更新。

Description

一种感知频点选择方法
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及认知无线电技术，特别涉及一种感知频点选择方法。
背景技术
认知无线电(CR)是一种通过感知频谱然后进行动态的频谱资源分配的技术，其目标在于从时间、空间和频率等多维度实现对频谱资源的重复利用和共享，从而极大地提高了频谱利用效率。在认知无线电网络中包括一个基站和多个认知无线电用户，认知无线电用户通过对信道的感知来检测授权用户是否存在。当认知无线电用户在某一频段检测到授权用户存在时，认知无线电用户进行频谱切换离开该频段以避免对授权用户造成干扰。
当前的通信系统中对于频谱资源的需求已经变得越来越紧张，并且230MHz频段频谱环境复杂，各地对频谱使用情况不一，如何有效地进行感知，快速地发现通信质量较好的空闲频谱，是一个很重要的问题。因此，有必要在频谱感知之前，预先了解频谱的使用状况。预先了解的频谱信息可以用于认知无线电中对感知频点的选择上。通常的方法是随机选择认知无线电终端去进行全频段的频谱感知，根据感知获得的采样值的大小来判断授权用户是否正在使用频谱，从而发现空闲频谱。
例如，申请号为200910090226.4的中国专利公开了一种确定空闲频段的方法和系统、中心节点和感知节点：将感知时隙划分为专用感知时隙和公共感知时隙，在专用感知时隙中，对检测频段进行感知，确定候选频段，然后调度感知节点在公共感知时隙对候选频段进行感知，确定空闲频段。申请号为201010033972.2的中国专利公开了一种利用认知无线电网络中空闲信道的频谱接入方法：认知无线电网络中的认知无线电终端周期性地对信道进行感知并记录信道状态，信道状态包含忙闲状态、利用率以及等待时间三部分，选择能传输最大业务量的空闲信道进行感知接入通信。申请号为201010285601.3的中国专利公开了一种调度认知用户发现空闲频谱的方法：将整个系统框架划分为初始化步骤、感知步骤、状态判断步骤和计算最优调度向量步骤，根据信道的通信质量、已有的检测数据，在每个时隙根据最优调度向量选择最优的认知无线电终端个数进行感知。
现有技术中，认知无线电终端进行全频段的频谱感知，当系统中的认知无线电终端个数远小于系统中的频点数时，全频段的感知方式需要感知的节点很多，难以实现并且开销太大，因此只能对优选频点进行感知。
此外，现有的技术方法中虽然有提出根据信道质量、用户工作情况等参量对信道进行排序的感知序列方法，但是都没有提出关于确定信道后选择对应的认知无线电终端的技术方法，没有考虑到系统中各个认知无线电终端地理位置差异以及感知性能差异，很可能出现系统的感知性能并未得到优化的情况。
发明内容
本发明提供了一种感知频点选择方法，能够在认知无线电终端数远小于频点数的情况下，通过从预感知获取的频点信息，选择最优的部分频点进行感知。
本发明实施例提供了一种感知频点选择方法，包括如下步骤：
A、进行预感知过程扫描全频段，根据扫描结果在基站侧建立系统初始化时的全频段感知信息库，所述全频段感知信息库用于存储通过预感知所获取的全部频点信息；
B、基站根据存储于全频段感知信息库中的频点信息，选择需要感知的m个频点，以及指派在第i个需要感知的频点上的认知无线电终端个数nk和这nk个认知无线电终端的标识，所述m、k和nk均为自然数，且m＜M，1≤k≤m，nk＜N，M为全频段感知信息库中的频点总数，N为认知无线电终端的总数；
C、基站通知所述认知无线电终端去感知对应的频点，被通知的认知无线电终端将各自的感知信息上报给基站进行融合判决；
D、基站根据融合判决的结果对全频段感知信息库中的数据信息进行更新。
较佳地，步骤A所述进行预感知过程扫描全频段包括：
A1、基站在全部认知无线电终端中选择一个以上的认知无线电终端，并向所选择的认知无线电终端发送预感知指示；
A2、收到预感知指示的认知无线电终端采用时分的方式从前往后快速扫描整个频段；
A3、所述认知无线电终端将扫描得到的频点信息上报给基站。
较佳地，认知无线电终端在每个频点上的平均观测时长为30秒至90秒。
较佳地，步骤A3为：所述认知无线电终端选择在系统工作不繁忙的间隙，将扫描得到的频点信息上报给基站。
较佳地，所述全频段感知信息库中存储的频点信息包括：认知无线电终端感知授权用户信号的SNRij，干扰出现概率Pi，空闲时长Ti，其中，i表示信道ID标号，j表示认知无线电终端的标号。
较佳地，步骤B包括：
B1、根据信道的干扰出现概率Pi和空闲时长Ti对全信道进行优先级排序，选择最优的m个信道；
B2、在选出的这m个信道的频点上，根据认知无线电终端在每个频点处的信噪比对认知无线电终端进行优先级排序，选择在每个频点上最优的n个认知无线电终端标识；其中，同一个认知无线电终端标识最多只能在一个频点上被选择。
较佳地，基站将系统中的信道划分为固定感知信道和可选感知信道，前者是周期性全部感知的，后者是每次选择部分最优频点进行感知；其中，固定感知信道的个数为m1，m1＜m
步骤B1为：根据信道的干扰出现概率Pi和空闲时长Ti对可选感知信道进行优先级排序，选择最优的m-m1个信道；
步骤B2为：在选出的m-m1个可选感知信道和m1个固定感知信道的频点上，根据认知无线电终端在每个频点处的信噪比对认知无线电终端进行优先级排序，选择在每个频点上最优的n个认知无线电终端标识；其中，同一个认知无线电终端标识最多只能在一个频点上被选择。
较佳地，无论k取何值，nk＝3。
较佳地，步骤D之后，进一步包括：
根据计时器的计时时长判断是否进入下一个感知周期，若是，将所述计时器清零返回步骤B。
较佳地，步骤D之后，进一步包括：
判断是否发生触发更新感知频点的外部事件，若是，则返回步骤B。
从以上技术方案可以看出，根据系统初始化时建立的全频段感知信息库中的频点信息，选择需要感知的m个频点，以及指派在第i个需要感知的频点上的认知无线电终端个数nk，基站通知所述认知无线电终端去感知对应的频点，被通知的认知无线电终端将各自的感知信息上报给基站进行融合判决，从而实现在认知UE数远小于频点数的情况下，选择最优的部分频点进行感知，并且对每个待感知的频点分别选择认知UE进行感知，从而获取较优的网络吞吐量和时延性能，并且还能够提高在融合判决时检测概率的收敛速度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的感知频点选择方法流程图；
图2为本发明实施例中的信道分类示意图；
图3为对全部频点进行选择的过程示意图。
具体实施方式
图1示出了本发明实施例提供的感知频点选择方法流程图，其中包括预感知步骤101、频点选择步骤102、感知步骤103和更新步骤104。
预感知步骤101：进行预感知过程扫描全频段，根据扫描结果在基站侧建立系统初始化时的全频段感知信息库，所述全频段感知信息库用于存储通过预感知所获取的全部频点信息。
将系统中的M个频点分别标记为CH1，...，CHj，...，CHM，而N个认知无线电终端的标识(ID)分别为UE1，...，UEi，...，UEN。在本实施例中，认知无线电终端个数N＝60，频点数M＝600，认知无线电终端数远小于系统中的信道数，如果采用周期性全部感知的感知策略既没有必要也开销太大。
基站在全部认知无线电终端中选择一个以上的认知无线电终端，并向所选择的认知无线电终端发送预感知指示；收到预感知指示的认知无线电终端采用时分的方式从前往后快速扫描整个频段；所述认知无线电终端将扫描得到的频点信息上报给基站。
例如，随机地在60个UE中选出15个UE做扫频，采用分组循环感知的方式，也就是说这15个UE采用时分的方式从前往后快速扫描整个频段，平均在每个频点上的观测时长为30秒至90秒。
在以上的扫频过程中，认知无线电终端将信息上报给基站的工作不是即时上报的，大量额外的负担会影响系统平时的正常工作，选择在系统工作不繁忙的间隙进行发送，如夜间凌晨时段。
上报给基站处全频段感知信息库中的频点信息包括但不限于：认知无线电终端感知授权用户信号的SNRij，干扰出现概率Pi，空闲时长Ti(i表示信道ID标号，j表示认知无线电终端的标号)。
频点选择步骤102：基站根据存储于全频段感知信息库中的频点信息，选择需要感知的最优部分的m个频点(m＝1，2，...M)，以及指派在所述频点上的认知无线电终端个数n(n＝1，2，...N)和这n个认知无线电终端的标识。
根据感知策略，基站将系统中的信道划分为固定感知信道和可选感知信道，如图2所示，认知无线电终端在每个感知周期都要对固定感知信道进行感知，而在每个感知周期选择可选感知信道中的部分最优频点进行感知。其中，固定感知信道的个数为m1，m1＜m。
根据信道的干扰出现概率Pi和空闲时长Ti对可选感知信道进行优先级排序，选择最优的m-m1个信道；在选出的m-m1个可选感知信道和m1个固定感知信道的频点上，根据认知无线电终端在每个频点处的信噪比对认知无线电终端进行优先级排序，选择在每个频点上最优的n个认知无线电终端标识；其中，同一个认知无线电终端标识最多只能在一个频点上被选择。
具体地，针对每一个频点的认知无线电终端个数n是可配的，可以是相同的，也可以是不同的，n越大，感知精度越高，融合判决时的检测概率收敛速度也就越快，但系统开销也较大。这里我们将n设为3，也就是在每个频点上指派3个认知无线电终端。
如图3所示为对全部频点进行选择的过程，包括：
步骤102a：根据信道的干扰出现概率Pi和空闲时长Ti对全信道进行优先级排序(较佳地，优先考虑Ti的影响因素)，选择最优的m个信道(取m＝20)；
步骤102b：在选出的这m个信道的频点上，再根据认知无线电终端在每个频点处的信噪比(SNR)对认知无线电终端进行优先级排序，选择在每个频点上最优的n个认知无线电终端标识。在图3中，取n＝3，被选择的认知无线电终端标识用阴影表示。
需要说明的是，对于认知无线电终端来说这种选择方式是单选的，即在同一个感知时隙下一个认知无线电终端标识在某个频点上被选择了以后就不能再被其它的频点所选择了，也就是说，同一个认知无线电终端标识最多只能在一个频点上被选择。例如图3中的CH3，依用户优先级排序选出的认知无线电终端11已经在优先级更高的CH7中被选出了，那么只能将其筛除，选择下一位的认知无线电终端6)，而在不同的协同感知时隙下被选出的认知无线电终端仍可以被选择去感知其它的频点。
感知步骤103：基站根据步骤102中获得的感知决策结果选择相应的认知无线电终端去感知对应的频点，在一个感知时隙内一个认知无线电终端不能同时被选择感知一个以上的信道，被选择的认知无线电终端将各自的感知信息上报给基站进行融合判决。
更新步骤104：基站根据融合判决的结果对全频段感知信息库中的数据信息进行更新。
进入下一个感知周期，转步骤102。
可以看出，步骤101只需要系统初始化的时候执行一次，以后每个感知周期只需要执行步骤102至104。上述的整个感知流程，可以由用户动态触发执行，例如判断是否发生触发更新感知频点的外部事件，若是，则返回步骤102。也可以由系统设定周期性地执行。例如，根据计时器的计时时长判断是否进入下一个感知周期，若是，将所述计时器清零返回步骤B。
本发明实施例提出感知频点选择方法，能够在认知无线电终端数远小于频点数的情况下，通过从预感知获取的频点信息，选择最优的部分频点进行感知，并且对每个待感知的频点分别选择认知无线电终端数进行感知，从而获取较优的网络吞吐量和时延性能，并且还能够提高在融合判决时检测概率的收敛速度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种感知频点选择方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、进行预感知过程扫描全频段，根据扫描结果在基站侧建立系统初始化时的全频段感知信息库，所述全频段感知信息库用于存储通过预感知所获取的全部频点信息；所述全频段感知信息库中存储的频点信息包括：认知无线电终端感知授权用户信号的SNRij，干扰出现概率Pi，空闲时长Ti，其中，i表示信道ID标号，j表示认知无线电终端的标号；
B、基站根据存储于全频段感知信息库中的频点信息，选择需要感知的m个频点，以及指派在第i个需要感知的频点上的认知无线电终端个数nk和这nk个认知无线电终端的标识，所述m、k和nk均为自然数，且m<M，1≤k≤m，nk<N，M为全频段感知信息库中的频点总数，N为认知无线电终端的总数；
步骤B具体包括：
B1、根据信道的干扰出现概率Pi和空闲时长Ti对全信道进行优先级排序，选择最优的m个信道；
B2、在选出的这m个信道的频点上，根据认知无线电终端在每个频点处的信噪比对认知无线电终端进行优先级排序，选择在每个频点上最优的n个认知无线电终端标识；其中，同一个认知无线电终端标识最多只能在一个频点上被选择；
C、基站通知所述认知无线电终端去感知对应的频点，被通知的认知无线电终端将各自的感知信息上报给基站进行融合判决；
D、基站根据融合判决的结果对全频段感知信息库中的数据信息进行更新；
根据计时器的计时时长判断是否进入下一个感知周期，若是，将所述计时器清零返回步骤B；或者，判断是否发生触发更新感知频点的外部事件，若是，则返回步骤B。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A所述进行预感知过程扫描全频段包括：
A1、基站在全部认知无线电终端中选择一个以上的认知无线电终端，并向所选择的认知无线电终端发送预感知指示；
A2、收到预感知指示的认知无线电终端采用时分的方式从前往后快速扫描整个频段；
A3、所述认知无线电终端将扫描得到的频点信息上报给基站。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，认知无线电终端在每个频点上的平均观测时长为30秒至90秒。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤A3为：所述认知无线电终端选择在系统工作不繁忙的间隙，将扫描得到的频点信息上报给基站。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基站将系统中的信道划分为固定感知信道和可选感知信道，前者是周期性全部感知的，后者是每次选择部分最优频点进行感知；其中，固定感知信道的个数为m1，m1<m
步骤B1为：根据信道的干扰出现概率Pi和空闲时长Ti对可选感知信道进行优先级排序，选择最优的m-m1个信道；
步骤B2为：在选出的m-m1个可选感知信道和m1个固定感知信道的频点上，根据认知无线电终端在每个频点处的信噪比对认知无线电终端进行优先级排序，选择在每个频点上最优的n个认知无线电终端标识；其中，同一个认知无线电终端标识最多只能在一个频点上被选择。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，无论k取何值，nk＝3。
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