CN103517277A - 认知无线电系统中的频点选择方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种认知无线电系统中的频点选择方法和设备，通过应用本发明实施例的技术方案，基站获取当前可供认知无线电系统工作的空闲频带的干扰测量信息，据此评估空闲频带的频谱质量，并根据评估结果，选择当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点作为认知无线电系统的工作频点，从而，有效提高了认知系统使用空闲频谱资源进行通信时的通信质量，同时，该方法只需要在认知系统中增加干扰测量、频谱质量评估、频谱选择过程，对现有系统修改比较小，增加了具体实施的便捷性，降低了设备投入成本。

Description

认知无线电系统中的频点选择方法和设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种认知无线电系统中的频点选择方法和设备。

背景技术

随着移动通信事业的快速的发展，日益增长的宽带无线通信需求与有限频谱资源的矛盾日趋明显，虽然在LTE（Long Term Evolution，长期演进）已采用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用），MIMO（Multiple Input Multiple Output，多入多出）等技术来提高频谱利用率，但是这些并不能根本上解决有限频谱资源的问题。

随着移动业务在未来飞速的发展，电信运营商将面临更严峻的频谱资源短缺的问题，另一方面，一些无线系统的频谱使用在时间和地域上几乎空闲，如对于广播电视频段，随着广播电视系统从模拟传输向数字传输的发展，由于数字传输能极大的提高传输容量，使得很多广播电视频段长期处于空闲状态，浪费了宝贵的无线资源。而其它很多无线系统也被证明其频谱并未得到充分利用。

为解决频谱资源紧缺的问题，新的无线电技术——认知无线电（Cognitive Radio，CR）技术已经被广泛的关注。认知无线电技术是一种解决目前频谱资源紧缺的有效手段。认知无线电是一个智能无线通信系统，能够感知外界环境，并使用人工智能技术从环境中学习，通过实时改变某些操作参数（比如传输功率、载波频率和调制技术等），使其内部状态适应接收到的无线信号统计特性变化，以达到任何时间、任何地点均可以实现高度可靠通信，以及对频谱资源进行有效利用的效果。

为达到上述的目的，认知无线电通过一个认知环来完成整个认知过程，包括如下三个步骤：

（1）频谱感知，通过对输入RF（Radio Frequency，射频）激励信号的分析，完成对空闲频谱的检测。

（2）频谱分析，根据频谱感知的结果和其它无线输入信号的分析，完成信道状态信息的估计和信道容量的预计。

（3）频谱决策，根据频谱感知得到的空闲频谱资源和频谱分析的结果，获得最后频谱使用的决策，这种决策包括频点、带宽、发射功率、调制方式等的决策。

认知无线电的频谱感知通过逐频带的二元信号检测来完成空闲频谱资源的检测，一般意义上，可以认为频谱感知技术就是一种信号检测技术。频谱感知需要满足一定的感知灵敏度要求，即接收到的待检测信号功率大于感知灵敏度要求能检测到该信号，从而，保证不会对授权系统产生有害的干扰。

该感知灵敏度具体如：FCC（Federal Communications Commission，（美国）联邦通信委员会）规定对于ATSC（Advanced Television Systems Committee，美国高级电视业务顾问委员会）电视信号的检测需要达到感知灵敏度-114dBm要求，对于NTSC（National Television Standards Committee，（美国）国家电视标准委员会）信号要求达到感知灵敏度-94dBm要求。而对于目前中国国内的电视信号的检测，对于数字电视DTMB（Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcasting，地面数字电视多媒体广播）信号的检测，一般需要感知灵敏度在-100dBm左右，而模拟电视PAL-D（Phase Alternating Line- D，定向交互线-D）信号的检测，一般需要感知灵敏度在-70dBm左右。

认知无线电需要首先感知外界的无线电操作环境，而频谱感知需要周期性的感知目前认知系统工作的频点，从而监测该频点授权系统的工作状态。但如上所述，频谱感知需要能检测到微弱的授权系统信号，这要求频谱感知在低的SNR环境下获得比较高的检测性能。但是在这种低SNR环境下的感知，频谱感知很容易受干扰的影响。若在执行频谱感知时认知系统仍然在工作，那么频谱感知将受到严重的本系统干扰，从而很大程度上降低频谱感知的准确性，并最终影响认知系统的性能。所以，目前对于认知系统工作频点的感知需要保持认知系统静默。

另外，现有的认知无线电系统的一般要求频谱感知具有独立天线和RF（Radio Frequency， 射频）单元，并且，为了更可靠的检测授权系统信号，一般要求频谱感知的天线为全向天线。如上所述，频谱感知还需要满足一定的感知灵敏度要求。但是在上述灵敏度功率之下的授权系统信号，频谱感知很可能检测不到，从而认为频段为空闲并在该频段工作。但是，对于某些认知无线电通信系统，频谱感知没有检测到的授权系统信号可能造成对认知无线电通信系统的干扰。比如：当TD-LTE系统使用TV空闲对于DTMB信号的检测，若接收到的DTMB信号功率为-105dBm，由于频谱感知灵敏度只能达到-100dBm，频谱感知并不能检测到该信号，从而在该频段工作，但是-105dBm功率的DTMB信号干扰会造成TD-LTE系统比较大容量损失。

考虑到一般滤波器的特性，滤波器器并不能做到理想的带宽。对于发射机，滤波器非理想特性带来的邻频泄露可能跨越N个邻道。对于认知无线电系统，某些频段可能频谱感知结果已经显示为空闲，但由于邻频泄露的干扰，使得CR系统并不能正常的在该空闲频段上工作，如图1所示，为现有技术中邻频泄露和邻道选择带来的干扰的示意图。

另一方面，频谱感知需要周期性的感知目前认知系统工作的频点，从而监测该频点授权系统的工作状态。但如上所述，频谱感知需要能检测到微弱的授权系统信号，这要求频谱感知在低的SNR环境下获得比较高的检测性能。但是在这种低SNR环境下的感知，频谱感知很容易受干扰的影响。若在执行频谱感知时认知系统仍然在工作，那么频谱感知将受到严重的本系统干扰，从而很大程度上降低频谱感知的准确性，并最终影响认知系统的性能。所以，目前对于认知系统工作频点的感知需要保持认知系统静默，如图2所示，为现有技术中的频谱感知的示意图。

对于不同频带，不同的认知无线电系统允许的发射功率是不同的。比如FCC规定，在100kHz内，对于固定认知无线电设备发射功率谱密度不能超过12.2dBm，而对于个人或者便携式认知设备发射功率谱密度不能超过2.2dBm。

另外，频谱感知一般采用单独的天线与检测模块（即不复用CR通信链路的天线及RF单元），可以通过频谱感知模块执行干扰测量。但是，频谱感知一般采用全向天线，对于测量的干扰将包括整个天线方向图内的所有干扰。而现有无线电一般都采用具有方向性的天线从而增强链路的质量，特别是对于现有的蜂窝通信网络，一般基站采用3扇区的天线，每个扇区可能由60度或者120度主瓣宽度的天线。另一方面，蜂窝通信的基站各个扇区天线可能存在一定的下倾角以实现更好的覆盖。也就是说，频谱感知所接收到的干扰与通信系统所接收到的干扰水平是不相等的。如图3所示，为现有技术中频谱感知模块和CR通信链路接收TV信号干扰的示意图。

实际上，为了不同无线电通信系统之间的相互干扰，无线电系统需要符合本地区的无线电规则。现有的无线规则是为不同的业务固定划分频段，比如要求广播业务的频率分布于中频（MF），高频（HF），甚高频（VHF），或者低的特高频（UHF），而移动业务的频率分布于高的特高频（UHF），超高频（SHF）。一般，不同的无线系统又会固定分配固定的频段，比如470MHz~798MHz频段用于TV系统从事广播业务，而2010MHz~2025MHz频段分配给TD-SCDMA系统从事移动业务。固定的频谱分配的主要目的是为了使多种无线电业务/系统同时工作时不会相互干扰。总体来说，现有的无线系统是通过静态的频谱分配及相关的无线电设备部署要求来抑制多个无线电系统之间干扰。

另外一个角度，为了在干扰环境或者是衰落环境下提高无线电链路的质量，现有无线电通信系统，一般都具有链路自适应功能。链路自适应就是指系统根据当前获取的信道信息，自适应地调整系统传输参数的行为，用以克服或者适应当前信道变化带来的影响。通常情况下，链路自适应技术主要包含以下几种技术：

（1）自适应调制与编码技术，根据无线信道的变化调整系统传输的调制方式和编码速率，在信道条件比较好的时候，提高调制的等级以及编码的速率，在信道条件比较差的时候，降低调制的等级以及编码的速率。

（2）功率控制技术，根据无线电信道的变化调整系统发射功率，在信道条件好的情况下，降低发射功率，在信道条件差的情况下，提高发射功率。

（3）混合自动重传请求技术，通过调整数据传输的冗余信息，从而在接收端获得重传/合并增益，实现对信道的小动态范围的、精确的、快速的自适应。

（4）信道选择性调度技术，根据无线信道测量的结果，选择信道条件比较好的时频资源进行数据的传输。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：

现有的频谱感知通过检测授权系统，从而发现并使用空闲的频谱资源来规避授权系统与认知无线电系统之间的干扰。但是频谱感知的能力只有当接收到的授权系统信号强度大于感知灵敏度时才能正确检测到授权系统信号，这种方式能保护授权系统。当接收到的授权系统信号功率低于感知灵敏度要求时，频谱感知并不能检测到授权系统信号，但这个信号授权系统信号功率可能仍然比较强，从而可能造成认知无线电系统受到干扰。

另一方面，一些频谱虽然处于空闲，但是由于邻近频段的授权系统发射机的邻频泄露，导致该空闲频段实际已经受到干扰。而现有的频谱感知或者数据库只能获得频谱是否空闲的信息，并不能检测到该频段受干扰。若认知无线电在该频段上工作，可能会导致通信质量受到影响。

认知无线电系统是一种动态的频谱使用系统，这不同于现有的静态频谱分配方式。由于动态的频谱使用，破坏了静态频谱分配下多种无线系统的干扰环境，即现有静态频谱分配规则不适用于认知无线电系统。

而现有的链路自适应技术只能对抗工作频带上出现的干扰，并且在干扰环境下是通过降低调制、编码等级或者提高发射功率等手段，这种手段显然会带来系统吞吐量的损失。严重的时候，通信链路质量可能根本不能满足客户要求。

发明内容

本发明实施例提供一种认知无线电系统中的频点选择方法和设备，解决现有的技术方案中的频点选择方案受到授权系统信号强度、邻频泄漏、动态频谱分配等因素影响不能达到更好的干扰检测精度，以及会导致系统通信质量下降的问题。

为达到上述目的，本发明实施例一方面提供了一种认知无线电系统中的频点选择方法，至少包括以下步骤：

步骤A、基站确定当前可供认知无线电系统工作的空闲频带；

步骤B、所述基站获取所述空闲频带的干扰测量信息；

步骤C、所述基站根据所述干扰测量信息评估所述空闲频带的频谱质量；

步骤D、所述基站根据评估结果，选择当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点；

步骤E、所述基站将所选择的空闲频点作为认知无线电系统的工作频点。

另一方面，本发明实施例还提供了一种基站，包括： 

确定模块，用于确定当前可供认知无线电系统工作的空闲频带；

获取模块，用于获取所述空闲频带的干扰测量信息；

评估模块，用于根据所述获取模块所获取到的干扰测量信息，对所述确定模块所确定的空闲频带的频谱质量进行评估；

选择模块，用于根据所述评估模块的评估结果，选择当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点；

处理模块，用于将所述选择模块所选择的空闲频点作为认知无线电系统的工作频点。

与现有技术相比，本发明实施例所提出的技术方案具有以下优点：

通过应用本发明实施例的技术方案，基站获取当前可供认知无线电系统工作的空闲频带的干扰测量信息，据此评估空闲频带的频谱质量，并根据评估结果，选择当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点作为认知无线电系统的工作频点，从而，提高了所获取的空闲频带的干扰信息的准确性，有效提高了认知系统使用空闲频谱资源进行通信时的通信质量，同时，该方法只需要在认知系统中增加干扰测量过程，对现有系统修改比较小，增加了具体实施的便捷性，降低了设备投入成本。

附图说明

图1为现有技术中邻频泄露和邻道选择带来的干扰的示意图；

图2为现有技术中的频谱感知的示意图；

图3为现有技术中频谱感知模块和CR通信链路接收TV信号干扰的示意图；

图4为本发明实施例所提出的一种认知无线电系统中的频点选择方法的流程示意图；

图5为本发明实施例所提出的一种干扰测量处理的频谱示意图；

图6为本发明实施例一所提出的一种多扇区场景下的认知无线电系统中的频点选择方法的流程示意图；

图7为本发明实施例二所提出的一种具体的频谱环境示意图；

图8为本发明实施例二所提出的一种具体的干扰测量处理示意图；

图9为本发明实施例所提出的一种基站的结构示意图。

具体实施方式

如背景技术所述，随着移动通信业务的快速发展，电信运营商将面临紧缺的频谱资源问题。认知无线电被认为是解决目前频谱资源紧张问题的有效手段。但是，认知无线电系统通过频谱感知来检测授权系统信号的有无从而保护授权系统，频谱感知需要满足检测灵敏度的要求，即频谱感知只能在一定的信号强度下检测到授权系统的信号。当接收到的授权系统信号强度低于检测灵敏度所要求的电平时，频谱感知无法检测到授权系统，但这个时候授权系统信号可能仍然会干扰认知无线电。

另外，由于滤波器非理想特性带来的邻频泄露，使的空闲的频段可能被邻频所干扰。所以，频谱感知并不能保证认知本系统无干扰的工作。

不仅如此，考虑到频点的动态使用，各个频点上允许认知无线电系统最大发射功率并不相同，并且各个频带的干扰特性也不相同，这就意味着各个频带实际能提供的信道容量各不相同。

以上的问题导致通过现有的技术方案无法有效避免系统中所受到的干扰，影响了系统的通信质量。

为了克服这样的缺陷，本发明实施例提出了一种认知无线电系统中的频点选择方法，基站获取空闲频谱上的干扰水平，并根据各个频带上允许的发射功率和测量的干扰水平评估该频带的频谱质量，最后根据认知无线电系统自身的通信需求选择适合的频带，有效的提高了认知无线电系统使用空闲频谱资源进行通信时的通信质量。

如图4所示，为本发明实施例所提出的一种认知无线电系统中的频点选择方法的流程示意图，该方法具体包括以下步骤：

步骤S401、基站确定当前可供认知无线电系统工作的空闲频带。

在具体的处理场景中，本步骤中空闲频带的确定方式具体可以包括以下几种：

（1）频谱感知，即通过信号检测来发现空闲频带。

（2）查询数据库，即通过查询一个公共的无线电环境数据库获取当前位置的空闲频带。

（3）监听其他认知导频信道，即通过监听公共的信道获取当前区域的空闲频带。

需要说明的是，上述所确定的频谱资源不仅当前处于空闲状态，还需要满足认知无线电系统的工作要求，在实际应用中，具体采用上述的哪种，或哪几种方式来确定相应的空闲频带，可以根据实际的需要进行设定，这样的变化并不影响本发明的保护范围。

步骤S402、所述基站获取所述空闲频带的干扰测量信息。

在实际应用中，根据具体执行干扰测量的主体差异，本步骤的具体处理过程包括以下两种情况：

情况一、基站测量。

基站直接对步骤S401中所确定的空闲频带进行干扰测量，并将测量得到的干扰信号功率作为所述空闲频带的干扰测量信息。

具体的干扰测量操作，可以通过基站本身的频谱感知模块或者现有认知无线电系统的通信链路测量模块实现，这样的功能调整可以充分利用现有的硬件设备，降低设备成本投入，当然，也可以直接在基站中增加新的功能模块来完成上述处理过程。

情况二、终端设备测量。

首先，基站将步骤S401中所确定的空闲频带通知给终端设备。

然后，各终端设备分别对相应的空闲频带进行干扰测量，并接测量得到的空闲频带的干扰信号功率返回给基站。

基站将接收到的各终端设备所上报的所述空闲频带的干扰信号功率作为所述空闲频带的干扰测量信息。

具体的干扰测量操作，可以通过终端设备上的现有功能模块或新增的功能模块来实现，这样的变化并不影响本发明的保护范围。

需要进行说明的是，无论是采用上述的那种情况进行干扰测量操作，为了尽量避免正常的信号传输对干扰测量结果准确性的影响，具体的干扰测量操作需要按照以下规则，在相应的时机内进行：

在频谱感知的静默期、测量Gap或TDD系统上下行时隙转换位置的GP内，通过分别测量空闲频带内的功率得到相应的空闲频谱上的干扰信号功率。

进一步的，无论是基站还是终端设备进行干扰测量处理，如果相应的干扰测量的能力有限，每次只能测量可以一定频带宽度上的干扰，或者相应的测量规则需要进行分区测量，则可以通过多次干扰测量操作来完成所有空闲频带的干扰测量，并分别得到每个干扰测量频带的干扰测量值，如图5所示，为本发明实施例所提出的一种干扰测量处理的频谱示意图。

具体的处理过程如下：

首先，基站或各终端设备根据自身的干扰测量能力，以及预设的干扰测量规则，确定每次进行干扰测量的干扰测量带宽，其中，所述干扰测量带宽小于或等于所述基站或所述各终端设备的干扰测量能力所对应的最大测量带宽。

然后，所述基站或所述各终端设备根据所述干扰测量带宽，通过一次或多次测量，完成对全部所述空闲频带的干扰测量。

通过上述说明可以看出，分多次测量可能存在两种原因：

（1）当前的需要进行干扰测量的空闲频带的总带宽大于基站或各终端设备的干扰测量能力所对应的单次最大测量带宽，所以，只能通过多次测量才能实现对全部空闲频带的干扰测量，这样的测量可以得到分别对应每次测量过程的多个测量结果，这样的多个测量结果可以直接进行后续处理，也可以经过整合处理后得到整个空闲频带的总测量结果，并以总测量结果进行后续处理。

（2）出于方便后续处理的考虑，或实际应用场景需要，需要按照一定的带宽宽度将空闲频带换分为多个测量区域进行多次测量，并得到多个测量区域分别对应的测量结果。

通过上述说明可以看出，具体的干扰测量的主体、规则以及结果形式都存在多种情况，具体采用哪种方式实现上述的干扰测量处理，使基站得到最终的测量结果，可以根据实际的需要进行设定和选择，这样的变化并不影响本发明的保护范围。

步骤S403、所述基站根据所述干扰测量信息评估所述空闲频带的频谱质量。

在具体的处理场景中，本步骤的评估处理具体可以依据两种规则来进行，相应的说明如下：

规则一、以干扰测量信息作为指标进行评估。

按照此种规则，所述基站直接以所述空闲频带的干扰测量信息作为指标，评估所述空闲频带的频谱质量。

具体的，可以认为干扰测量值越大，频谱质量越差。

规则二、以通信容量作为指标进行评估。

按照此种规则，所述基站根据所述空闲频带的干扰测量信息，以及所述空闲频带允许的最大发射功率，确定所述空闲频带的通信容量，并以所述空闲频带的通信容量作为指标，评估所述空闲频带的频谱质量，相应的处理过程具体如以下步骤A至步骤C所述。

步骤A、所述基站根据频谱相关的预设策略或数据库提供的信息，获取所述空闲频带允许的最大发射功率。

本步骤的执行与前述的干扰测量信息的获取过程没有必然的先后顺序关系。

步骤B、所述基站根据所述空闲频带的干扰测量信息，以及所述空闲频带允许的最大发射功率，确定所述空闲频带的通信容量。

在一种具体的应用场景中，基站确定所述空闲频带的通信容量所依据的公式，具体可以为：

C_i=B_i*log（1+S_i/I_i）。

其中，C_i，表示频带-i的通信容量；

B_i，表示频带-i的测量带宽；

S_i，表示频带-i上允许的最大发射功率；

I_i，表示频带-i的干扰测量信息；

频带-i，表示所述空闲频带。

当然，这样的公式只是一种具体的处理规则，根据实际场景的需要，通信容量的确定过程可以采用其他公式或者对上述公式进行修改，这样的变化并不影响本发明的保护范围。

步骤C、所述基站以所述空闲频带的通信容量作为指标，评估所述空闲频带的频谱质量。

步骤S404、所述基站根据评估结果，选择当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点。

具体的，与步骤S403中所描述的两种规则相对应，对本步骤的具体处理过程进行说明如下。

（1）与规则一相对应，当基站以干扰测量信息作为指标进行评估得到评估结果时，所述基站选择干扰最小，或干扰小于预设阈值的空闲频带的相关频点，作为当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点。

考虑到步骤S402中所描述的多次测量的情况，本处理过程的处理操作流程如下：

所述基站判断认知无线电系统所需要的频谱带宽是否大于当前的一个干扰测量带宽，其中，一个干扰测量带宽即为分多次进行干扰测量的情况下，每次测量的频带宽度，当然，如果只是一次测量的情况，那么，一个干扰测量带宽就是这次进行干扰测量的空闲频带宽度，即整个空闲频带的总宽度。

如果判断结果为否，所述基站则直接确定干扰最小，或干扰小于预设阈值的一个干扰测量带宽所对应的频带的相关频点，作为当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点。

如果判断结果为是，所述基站确定符合所述认知无线电系统所需要的频谱带宽的多个干扰测量带宽所对应的频带的平均干扰，并确定平均干扰最小，或平均干扰小于预设的阈值的多个干扰测量带宽所对应的频带的相关频点，作为当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点，当然，对于只是一次测量的情况，则表示当前的空闲频带不足以满足认知无线电系统的频谱带宽要求，后续处理根据实际情况进行确定，在此不再赘述。

例如，可以按照以下公式计算符合认知无线电系统需要的频谱带宽的各个空闲频点上平均干扰，如：

L_m=（∑_i=k ^i=k+K I_i）/K

选择L_m最低或者L_m小于某门限的频点作为认知无线电系统的工作频点。

（2）与规则二相对应，当基站以通信容量作为指标进行评估得到评估结果时，所述基站选择通信容量最大，或通信容量最接近认知无线电系统所需要的频谱带宽的空闲频带的相关频点，作为当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点。

考虑到步骤S402中所描述的多次测量的情况，本处理过程的处理操作流程如下：

所述基站判断认知无线电系统所需要的频谱带宽是否大于当前的一个干扰测量带宽，其中，一个干扰测量带宽即为分多次进行干扰测量的情况下，每次测量的频带宽度，当然，如果只是一次测量的情况，那么，一个干扰测量带宽就是这次进行干扰测量的空闲频带宽度，即整个空闲频带的总宽度。

如果判断结果为否，所述基站则直接确定通信容量最大，或通信容量最接近认知无线电系统所需要的频谱带宽的一个干扰测量带宽所对应的频带的相关频点，作为当前最适合于认知无线电系统工作的频点。

如果判断结果为是，所述基站确定符合所述认知无线电系统所需要的频谱带宽的多个干扰测量带宽所对应的频带的总通信容量，并确定总通信容量最大，或总通信容量最接近认知无线电系统所需要的频谱带宽的多个干扰测量带宽所对应的频带的相关频点，作为当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点，当然，对于只是一次测量的情况，则表示当前的空闲频带不足以满足认知无线电系统的频谱带宽要求，后续处理根据实际情况进行确定，在此不再赘述。

例如，可以按照以下公式计算符合认知无线电系统需要的频谱带宽的各个空闲频点上支持的总的容量：

Q_m=∑_iC_i。

然后，选择Q_m最大的频点或者Q_m最接近频谱需求的频点作为认知无线电系统的工作频点。

步骤S405、所述基站将所选择的空闲频点作为认知无线电系统的工作频点。

在本步骤完成之后，为了保证工作频点的有效性，本技术方案还包括以下的检测流程：

所述基站按照预设的检测规则对所述工作频点进行频谱感知。

当所述基站确定所述工作频点不可用时，所述基站返回步骤S401，重新执行步骤S401至步骤S405的处理，为认知无线电系统选择新的工作频点。

需要说明的是，为了适应多扇区系统的需要，当所述基站下存在多个扇区时，上述的处理方案可以进一步按照以下两种方式进行处理。

方式一、所述基站分别对每个扇区独立执行步骤S401至步骤S405的处理，为各扇区独立选择工作频点。

方式二、所述基站分别对每个扇区独立执行步骤S401至步骤S403的处理，然后，所述基站联合各扇区的评估结果，分别为各扇区选择当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点，并将所选择的空闲频点分别作为认知无线电系统在各扇区的工作频点。

具体的处理方式可以为：

当所述基站确定所有扇区对于一个空闲频段的评估结果均满足一个扇区的要求时，所述基站在所述空闲频段内为所述扇区选择当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点。

另一方面，在终端设备侧，对于步骤S402所述的情况二，需要进行空闲频带信息的接收、干扰测量处理，以及测量结果的反馈，具体的处理过程参见前述说明，在此不再重复叙述。

与现有技术相比，本发明实施例所提出的技术方案具有以下优点：

本发明实施例公开了一种认知无线电系统中的频点选择方法和设备，通过应用本发明实施例的技术方案，基站获取当前可供认知无线电系统工作的空闲频带的干扰测量信息，据此评估空闲频带的频谱质量，并根据评估结果，选择当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点作为认知无线电系统的工作频点，从而，有效提高了认知系统使用空闲频谱资源进行通信时的通信质量，同时，该方法只需要在认知系统中增加干扰测量、频谱质量评估、频谱选择过程，对现有系统修改比较小，增加了具体实施的便捷性，降低了设备投入成本。

下面，结合具体的应用场景，对本发明实施例所提出的技术方案进行说明。

本发明实施例提出了一种根据干扰测量信息决策认知无线电使用频点的方法。由于认知无线电具有频谱动态使用的能力，认知无线电系统能根据测量的干扰信息及各个频带的发射功率限制评估各个频带能够提供的频谱质量，最终，根据认知无线电系统的需求决策认知无线电系统使用的工作频点。

下面，通过具体的实施例进行说明。

实施例一

在本实施例中，假设工作场景为具有认知无线电功能的TD-LTE使用TV空闲频段，其中，TD-LTE带宽为20MHz，TV的带宽为8MHz。

进一步的，假设频谱感知以8MHz频带宽度（即前述的干扰测量带宽）进行空闲频谱的干扰测量，且由基站完成。

为了方便描述，本实施例中对基站进行功能模块的划分，按照现有技术，TD-LTE基站具有频谱感知模块和动态频谱管理模块，在本实施例中，进一步增加干扰测量模块和频谱质量评估模块。

需要说明的是，这样的功能模块划分指示为了方便说明，在能够实现相应功能的情况下，具体的功能划分以及命名可以根据实际的需要进行设定，这样的变化并不影响本发明的保护范围。

如图6所示，为本发明实施例一所提出的一种多扇区场景下的认知无线电系统中的频点选择方法的流程示意图，具体包括以下步骤：

步骤S601、频谱管理模块确定可用频带，并根据TV的频带特点划分子频道。

初始化时，频谱管理模块根据TV的频带特点将整个可被利用的频段划分为8MHz带宽的子频道，并对每个子频道编号，比如从694MHz到758MHz总共8个子频道。

步骤S602、频谱管理模块为每个子频道创建频谱质量参数。

频谱管理模块为每个子频道创建频谱质量指示Q1~Q8，初始化设置：

Q1=Q2=Q3=Q4=Q5=Q6=Q7=Q8=0。

同时，频谱管理模块为每个子频道创建变量E1~E8，用来表征后续的频谱感知情况，初始化设置：

E1=E2=E3=E4=E5=E6=E7=E8=0。

步骤S603、频谱感知模块确定空闲频带，并上报给频谱管理模块。

频谱感知模块按8MHz带宽逐一的检测TV空闲频段，即分别对各子频道进行频谱感知，并将检测到的空闲频段上报频谱管理模块。

频谱管理模块根据每次的频谱感知结果，更新相应的变量E1、E2…E8，例如：若第k个子频道频谱感知为空闲频带（其中，1≤k≤8），则频谱管理模块更新Ek=0，相反，若该子频道不是空闲频带，则频谱管理模块更新Ek=1。

步骤S604、TD-LTE基站触发每个扇区的干扰测量模块执行对空闲频谱资源的测量，干扰测量模块将各个测量频带上的干扰测量情况上报给频谱质量评估模块。

步骤S605、频谱质量评估模块根据各个扇区所上报的各个测量频带的干扰测量情况，评估各个扇区的各个测量频带的频谱质量。

具体的评估方法说明如下：

第m个扇区的测量频带-i的频谱质量可以按照以下公式计算：

C_m，i=B*log（1+S _m，i/I _m，i），

其中，C _m，i为第m个扇区频带-i支持的信道容量，B为8MHz，S _m，i为第m个扇区频带-i上允许的最大发射功率，I _m，i为第m个扇区频带-i的测量干扰水平。

当然，由于执行干扰测量的具体扇区的差异，即使对于同一个测量频带，其所得到的干扰测量结果也会存在差异，进而由频谱质量评估模块得到的该扇区的该测量频带的频谱质量结果也相应的存在不同。

步骤S606、频谱质量评估模块分别评估每个扇区的各个空闲子带的总的频谱质量。

对于第m个扇区，具体的评估方法为：

Q_m，i=∑_i C_m，i。

步骤S607、频谱管理模块分别为每个扇区选择工作频点。

具体的，如果3个子频道的带宽之和能够满足CR系统需要的频谱带宽，则对于第m个扇区，频谱管理模块可以在i值连续的任意3个子频道中，选择C_m，i之和最大的3个子频道的相关频点作为TD-LTE第m个扇区的工作频点。

比如，如果C_m，5，C_m，6，C_m，7之和最大，则选择i值为5、6、7的三个子频道，并确定这3个子频道的相关频点作为TD-LTE第m个扇区的工作频点。

步骤S608、频谱管理模块将选择的工作频点发送给TD-LTE基站重配置单元，TD-LTE基站第m个扇区在上述工作频点上建立小区，接纳终端设备。

步骤S609、TD-LTE基站周期性执行频谱感知，若发现当前工作频点不可用，则重新执行步骤S603至步骤S609的处理过程。

实施例二：

在本实施例中，假设FDD的CR系统的上、下行频谱需求各为10MHz。

进一步假设，FDD的CR基站执行一次干扰测量可以测量10MHz带宽的频带，即前述的基站自身的干扰测量能力，由此，可以确定基站的干扰测量带宽同样为10MHz。

如图7所示，为本发明实施例二所提出的一种具体的频谱环境示意图，在这样的频谱环境中，可用于FDD的CR系统工作的频带宽度为100MHz，其中有70MHz处于空闲状态。

依据这样的频谱环境，具体的处理过程说明如下：

（1）FDD CR基站通过频谱感知发现了70MHz空闲频谱资源。

（2）FDD CR基站启动自身的干扰测量模块，对上述70MHz空闲频带执行干扰测量。

具体的，干扰测量模块对这70MHz的空闲频带的干扰测量的方法为：

每次在测量Gap内测量一个10MHz带宽内的信号功率，经过7次测量后，得到70MHz的空闲频带上的各个10MHz的干扰测量带宽的干扰功率测量值。

具体的干扰测量处理示意图如图8所示。

（3）FDD CR基站的频谱质量评估模块根据各个干扰测量带宽的干扰测量情况，评估各个干扰测量带宽上的频谱质量。

具体的频谱质量可以按照以下公式计算：

C_i=B*log（1+S_i/I_i），

其中，C_i为频带-i支持的信道容量，B为10MHz，S_i为频带-i上允许的最大发射功率，I_i为频带-i的测量干扰水平。

（4）FDD CR基站的频谱管理模块选择C_i最大的两个10MHz频带分别作为FDD CR系统的上行和下行工作频点。

（6）FDD CR系统的上行和下行处理分别在（5）中分配的频点上开始工作。

当然，在实施例二中，FDD CR基站同样周期性的执行频谱感知，若发现所分配的工作频点不可用，则重新执行前述的工作频点选择流程，分配新的工作频点。

与现有技术相比，本发明实施例所提出的技术方案具有以下优点：

本发明实施例公开了一种认知无线电系统中的频点选择方法和设备，通过应用本发明实施例的技术方案，基站获取当前可供认知无线电系统工作的空闲频带的干扰测量信息，据此评估空闲频带的频谱质量，并根据评估结果，选择当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点作为认知无线电系统的工作频点，从而，有效提高了认知系统使用空闲频谱资源进行通信时的通信质量，同时，该方法只需要在认知系统中增加干扰测量、频谱质量评估、频谱选择过程，对现有系统修改比较小，增加了具体实施的便捷性，降低了设备投入成本。

为了实现本发明实施例的技术方案，本发明实施例还提供了一种基站，其结构示意图如图9所示，至少包括：

确定模块91，用于确定当前可供认知无线电系统工作的空闲频带；

获取模块92，用于获取所述空闲频带的干扰测量信息；

评估模块93，用于根据所述获取模块92所获取到的干扰测量信息，对所述确定模块91所确定的空闲频带的频谱质量进行评估；

选择模块94，用于根据所述评估模块93的评估结果，选择当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点；

处理模块95，用于将所述选择模块94所选择的空闲频点作为认知无线电系统的工作频点。

在一种具体的应用场景中（即前述步骤S402中的情况一），该基站还包括测量模块96，用于对所述确定模块91所确定的空闲频带进行干扰测量；

所述获取模块92，具体用于获取所述测量模块96的测量结果，将测量得到的干扰信号功率作为所述空闲频带的干扰测量信息。

进一步的，所述测量模块96，具体用于：

根据所述基站的干扰测量能力，以及预设的干扰测量规则，确定每次进行干扰测量的干扰测量带宽，其中，所述干扰测量带宽小于或等于所述基站的干扰测量能力所对应的最大测量带宽；

根据所述干扰测量带宽，通过一次或多次测量，完成对全部所述空闲频带的干扰测量。

在另一种具体的应用场景中（即前述步骤S402中的情况二），该基站还包括接收模块97：

所述确定模块91，还用于将确定的空闲频带通知给各终端设备，以使各终端设备对所述空闲频带进行干扰测量；

所述接收模块97，用于接收各终端设备上报的所述空闲频带的干扰信号功率；

所述获取模块92，具体用于将所述接收模块97所接收到的所述空闲频带的干扰信号功率作为所述空闲频带的干扰测量信息。

在实际应用中，所述评估模块93，具体用于：

直接以所述获取模块92所获取到的空闲频带的干扰测量信息作为指标，评估所述空闲频带的频谱质量；或，

根据所述获取模块92所获取到的空闲频带的干扰测量信息，以及所述空闲频带允许的最大发射功率，确定所述空闲频带的通信容量，并以所述空闲频带的通信容量作为指标，评估所述空闲频带的频谱质量。

进一步的，所述选择模块94，具体用于：

当所述评估模块93直接以所述空闲频带的干扰测量信息作为指标，评估所述空闲频带的频谱质量时，选择干扰最小，或干扰小于预设阈值的空闲频带的相关频点，作为当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点；或，

当所述评估模块93以所述空闲频带的通信容量作为指标，评估所述空闲频带的频谱质量时，选择通信容量最大，或通信容量最接近认知无线电系统所需要的频谱带宽的空闲频带的相关频点，作为当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点。

为了保证工作频点的有效性，该基站还包括检测模块98，用于：

在所述处理模块95将所述选择模块94所选择的空闲频点作为认知无线电系统的工作频点之后，按照预设的检测规则对所述工作频点进行频谱感知；

当确定所述工作频点不可用时，通知所述基站中的各相关模块重新为认知无线电系统选择工作频点。

与现有技术相比，本发明实施例所提出的技术方案具有以下优点：

本发明实施例公开了一种认知无线电系统中的频点选择方法和设备，通过应用本发明实施例的技术方案，基站获取当前可供认知无线电系统工作的空闲频带的干扰测量信息，据此评估空闲频带的频谱质量，并根据评估结果，选择当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点作为认知无线电系统的工作频点，从而，有效提高了认知系统使用空闲频谱资源进行通信时的通信质量，同时，该方法只需要在认知系统中增加干扰测量、频谱质量评估、频谱选择过程，对现有系统修改比较小，增加了具体实施的便捷性，降低了设备投入成本。

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实施例可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质（可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等）中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或网络侧设备等）执行本发明实施例各个实施场景所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明实施例所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景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。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。

以上公开的仅为本发明实施例的几个具体实施场景，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明实施例的业务限制范围。

Claims (21)

1.一种认知无线电系统中的频点选择方法，其特征在于，包括以下步骤： 

步骤A、基站确定当前可供认知无线电系统工作的空闲频带；

步骤B、所述基站获取所述空闲频带的干扰测量信息；

步骤C、所述基站根据所述干扰测量信息评估所述空闲频带的频谱质量；

步骤D、所述基站根据评估结果，选择当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点；

步骤E、所述基站将所选择的空闲频点作为认知无线电系统的工作频点。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B，具体包括：

所述基站对所述空闲频带进行干扰测量，将测量得到的干扰信号功率作为所述空闲频带的干扰测量信息；或，

所述基站将接收到的各终端设备所上报的所述空闲频带的干扰信号功率作为所述空闲频带的干扰测量信息，其中，所述干扰信号功率具体为各终端设备对所述空闲频带进行干扰测量所得到的。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述基站对所述空闲频带进行干扰测量，具体为：

所述基站在频谱感知的静默期、测量Gap或TDD系统上下行时隙转换位置的GP内，通过测量所述空闲频带内的功率得到相应的空闲频谱上的干扰信号功率；

所述各终端设备对所述空闲频带进行干扰测量，具体为：

所述各终端设备在频谱感知的静默期、测量Gap或TDD系统上下行时隙转换位置的GP内，通过分别测量所述空闲频带内的功率得到相应的空闲频谱上的干扰信号功率。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基站或所述各终端设备对所述空闲频带进行干扰测量，具体包括：

所述基站或所述各终端设备根据自身的干扰测量能力，以及预设的干扰测量规则，确定每次进行干扰测量的干扰测量带宽，其中，所述干扰测量带宽小于或等于所述基站或所述各终端设备的干扰测量能力所对应的最大测量带宽；

所述基站或所述各终端设备根据所述干扰测量带宽，通过一次或多次测量，完成对全部所述空闲频带的干扰测量。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C，具体包括：

所述基站直接以所述空闲频带的干扰测量信息作为指标，评估所述空闲频带的频谱质量；或，

所述基站根据所述空闲频带的干扰测量信息，以及所述空闲频带允许的最大发射功率，确定所述空闲频带的通信容量，并以所述空闲频带的通信容量作为指标，评估所述空闲频带的频谱质量。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基站根据所述空闲频带的干扰测量信息，以及所述空闲频带允许的最大发射功率，确定所述空闲频带的通信容量，并以所述空闲频带的通信容量作为指标，评估所述空闲频带的频谱质量，具体包括：

所述基站根据频谱相关的预设策略或数据库提供的信息，获取所述空闲频带允许的最大发射功率；

所述基站根据所述空闲频带的干扰测量信息，以及所述空闲频带允许的最大发射功率，确定所述空闲频带的通信容量；

所述基站以所述空闲频带的通信容量作为指标，评估所述空闲频带的频谱质量。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基站根据所述空闲频带的干扰测量信息，以及所述空闲频带允许的最大发射功率，确定所述空闲频带的通信容量所依据的公式，具体为：

C_i=B_i*log（1+S_i/I_i）；

其中，C_i，表示频带-i的通信容量；

B_i，表示频带-i的测量带宽；

S_i，表示频带-i上允许的最大发射功率；

I_i，表示频带-i的干扰测量信息；

频带-i，表示所述空闲频带。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤D，具体包括：

当所述基站直接以所述空闲频带的干扰测量信息作为指标，评估所述空闲频带的频谱质量时，所述基站选择干扰最小，或干扰小于预设阈值的空闲频带的相关频点，作为当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点；或，

当所述基站以所述空闲频带的通信容量作为指标，评估所述空闲频带的频谱质量时，所述基站选择通信容量最大，或通信容量最接近认知无线电系统所需要的频谱带宽的空闲频带的相关频点，作为当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点。

9.如权利要求4或8所述的方法，其特征在于，所述基站选择干扰最小，或干扰小于预设阈值的空闲频带的相关频点，作为当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点，具体包括：

所述基站判断认知无线电系统所需要的频谱带宽是否大于当前的一个干扰测量带宽；

如果判断结果为是，所述基站确定符合所述认知无线电系统所需要的频谱带宽的多个干扰测量带宽所对应的频带的平均干扰，并确定平均干扰最小，或平均干扰小于预设的阈值的多个干扰测量带宽所对应的频带的相关频点，作为当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点；

如果判断结果为否，所述基站确定干扰最小，或干扰小于预设阈值的一个干扰测量带宽所对应的频带的相关频点，作为当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点。

10.如权利要求4或8所述的方法，其特征在于，所述基站选择通信容量最大，或通信容量最接近认知无线电系统所需要的频谱带宽的频带的相关频点，作为当前最适合于认知无线电系统工作的频点，具体包括：

所述基站判断认知无线电系统所需要的频谱带宽是否大于当前的一个干扰测量带宽；

如果判断结果为是，所述基站确定符合所述认知无线电系统所需要的频谱带宽的多个干扰测量带宽所对应的频带的总通信容量，并确定总通信容量最大，或总通信容量最接近认知无线电系统所需要的频谱带宽的多个干扰测量带宽所对应的频带的相关频点，作为当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点；

如果判断结果为否，所述基站确定通信容量最大，或通信容量最接近认知无线电系统所需要的频谱带宽的一个干扰测量带宽所对应的频带的相关频点，作为当前最适合于认知无线电系统工作的频点。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤E之后，还包括：

所述基站按照预设的检测规则对所述工作频点进行频谱感知；

当所述基站确定所述工作频点不可用时，所述基站返回步骤A，重新为认知无线电系统选择工作频点。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述基站下存在多个扇区时，所述方法具体包括：

所述基站分别对每个扇区独立执行步骤A至步骤E的处理，为各扇区独立选择工作频点。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述基站下存在多个扇区时，所述方法具体包括：

所述基站分别对每个扇区独立执行步骤A至步骤C的处理；

所述基站联合各扇区的评估结果，分别为各扇区选择当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点，并将所选择的空闲频点分别作为认知无线电系统在各扇区的工作频点。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述基站联合各扇区的评估结果，分别为各扇区选择当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点，具体包括：

当所述基站确定所有扇区对于一个空闲频段的评估结果均满足一个扇区的要求时，所述基站在所述空闲频段内为所述扇区选择当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点。

15.一种基站，其特征在于，包括： 

确定模块，用于确定当前可供认知无线电系统工作的空闲频带；

获取模块，用于获取所述空闲频带的干扰测量信息；

评估模块，用于根据所述获取模块所获取到的干扰测量信息，对所述确定模块所确定的空闲频带的频谱质量进行评估；

选择模块，用于根据所述评估模块的评估结果，选择当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点；

处理模块，用于将所述选择模块所选择的空闲频点作为认知无线电系统的工作频点。

16.如权利要求15所述的基站，其特征在于，还包括：

测量模块，用于对所述确定模块所确定的空闲频带进行干扰测量；

所述获取模块，具体用于获取所述测量模块的测量结果，将测量得到的干扰信号功率作为所述空闲频带的干扰测量信息。

17.如权利要求16所述的基站，其特征在于，所述测量模块，具体用于：

根据所述基站的干扰测量能力，以及预设的干扰测量规则，确定每次进行干扰测量的干扰测量带宽，其中，所述干扰测量带宽小于或等于所述基站的干扰测量能力所对应的最大测量带宽；

根据所述干扰测量带宽，通过一次或多次测量，完成对全部所述空闲频带的干扰测量。

18.如权利要求15所述的基站，其特征在于，还包括接收模块：

所述确定模块，还用于将确定的空闲频带通知给各终端设备，以使各终端设备对所述空闲频带进行干扰测量；

所述接收模块，用于接收各终端设备上报的所述空闲频带的干扰信号功率；

所述获取模块，具体用于将所述接收模块所接收到的所述空闲频带的干扰信号功率作为所述空闲频带的干扰测量信息。

19.如权利要求15所述的基站，其特征在于，所述评估模块，具体用于：

直接以所述获取模块所获取到的空闲频带的干扰测量信息作为指标，评估所述空闲频带的频谱质量；或，

根据所述获取模块所获取到的空闲频带的干扰测量信息，以及所述空闲频带允许的最大发射功率，确定所述空闲频带的通信容量，并以所述空闲频带的通信容量作为指标，评估所述空闲频带的频谱质量。

20.如权利要求19所述的基站，其特征在于，所述选择模块，具体用于：

当所述评估模块直接以所述空闲频带的干扰测量信息作为指标，评估所述空闲频带的频谱质量时，选择干扰最小，或干扰小于预设阈值的空闲频带的相关频点，作为当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点；或，

当所述评估模块以所述空闲频带的通信容量作为指标，评估所述空闲频带的频谱质量时，选择通信容量最大，或通信容量最接近认知无线电系统所需要的频谱带宽的空闲频带的相关频点，作为当前最适合于认知无线电系统工作的空闲频点。

21.如权利要求15所述的基站，其特征在于，还包括检测模块，用于：

在所述处理模块将所述选择模块所选择的空闲频点作为认知无线电系统的工作频点之后，按照预设的检测规则对所述工作频点进行频谱感知；

当确定所述工作频点不可用时，通知所述基站中的各相关模块重新为认知无线电系统选择工作频点。

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