CN104243056B - 认知无线电系统中的频谱感知方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种认知无线电CR系统中的频谱感知方法和装置，涉及无线通信领域，用于提高CR系统的性能。本发明中，中心管理设备确定能够感知目标频点的多个感知节点以及目标频点对应的授权系统的地理位置信息，将多个感知节点划分为多个协作感知簇，为每个协作感知簇分配感知任务，感知任务包括对目标频点进行频谱感知的时间信息，将为每个协作感知簇分配的感知任务通知给对应的协作感知簇中的感知节点，感知节点根据通知的感知任务对目标频点进行频谱感知。采用本方案可以提高CR系统的性能。

Description

认知无线电系统中的频谱感知方法和装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种认知无线电系统中的频谱感知方法和装置。

背景技术

无线电通信频谱是一种宝贵的自然资源，随着无线通信技术的飞快发展，频谱资源贫乏的问题日益严重，为了缓解频谱资源紧张的现状，相关的部门和机构对无线通信频谱进行了监测和研究，发现某些频段（如电视频段）在大多数时间内并未使用或者在大多数地域内并未使用，而某些频段则出现了多系统多用户同时竞争的情况，即频谱资源的使用存在不均衡的现象。认知无线电（Cognitive Radio，CR）的概念正是在这种背景下产生的，其基本思想是：在不对授权系统造成干扰的前提下，认知无线电系统可以通过监测当前无线环境的变化来动态机会式地接入空白频段进行通信。

认知无线电的应用场景主要分为两大类，第一类为机会式使用授权系统的频谱，如国际移动通信（International Mobile Telecommunications，IMT）系统使用广播电视系统的空白频谱；第二类为多个感知系统机会式使用某个频段，该频段不隶属于任何一个系统，该多个系统公平的使用某个频段，即当某个频点空闲时即可使用，或按一定的优先级使用（非公平式）某个频段，即当某个优先级较高的系统使用某个频点时，低优先级的系统则要退出相应频点的使用。

对于第一类场景，及第二类的非公平式的使用场景，要求保障授权系统或者高优先级系统的业务性能，则要求：

感知系统准确判断出哪些频段是可用的空白频段（在这些频段上引入某感知系统不会影响授权系统或更高优先级系统的正常工作）；

当占用频段不再可用时，感知系统需要及时的将这些频段退让给授权系统或更高优先级系统。

可见，确定空白频谱是认知无线电系统工作的前提，频谱感知是确定空白频谱的重要手段之一。所谓频谱感知是指通过检测目标频谱上授权系统或更高优先级系统的信号判断授权主系统是否占用目标频谱，即判断目标频谱占用或者空闲。然而由于阴影效应、多径衰落等特性导致的“隐藏终端”问题，会导致采用单点感知的认知无线电系统干扰授权用户通信，而为了克服该问题，单点感知的认知无线电系统需要提高感知时间或者采用更为复杂的感知算法，增加了系统的实现复杂度。

目前认知无线电系统中一般考虑采用协作感知技术来提高频谱感知的性能。协作感知的基本原理是：利用处在多个不同地理位置的协作感知节点的感知结果消除单个节点的不利影响，从而提高感知的性能。当前执行协作感知的流程一般为如下三步：基站等网络管理设备配置多个终端执行某个目标频谱的感知，多个设备执行频谱感知，并将本地频谱感知结果上报给网络管理设备，网络管理设备的融合中心按照一定的融合规则融合处理多个终端的本地感知结果得到最终的协作频谱感知判决结果。

协作感知按照各个感知节点上报或交互的本地检测信息的形式与融合中心采用的融合算法可分为硬判决协作感知与软判决协作感知：

硬判决协作感知中，感知节点上报或交互的本地检测信息为1比特或者2比特的本地硬判决结果，即信道占用（0）或空闲（1），或者属于某个区域的结果，融合中心基于多个感知节点的本地硬判决结果进行融合。常用的硬判决融合准则包括与（and）、或（or）和投票voting等准则。

软判决协作感知中，感知节点上报或交互的本地检测信息为多比特的本地软判决结果，可以为量化的检测信息如能量等检测统计量，融合中心基于多个感知节点的本地软判决结果进行融合。常用的软判决融合准则包括线性协作（linear cooperation）、似然比（Likelihood Ratio Detection）等融合准则。其中常用的线性协作感知的融合准则包括最大比合并（Maximum Ratio Combiner，MRC）、等增益合并（Equal Gain Combining，EGC）、选择式合并（Selection Combining）融合规则等方式。

然而根据当前的研究，恰当的协作感知的感知节点的选择是保证协作感知性能的前提。如采用Voting算法时，当感知节点距离干扰源距离一致时，感知检测节点的个数超过某一门限值，协作感知检测性能反而会下降；及当采用and算法时，各协作感知节点距离干扰源距离一致时，其协作感知检测性能要大于距离不一致的场景。

为了实现感知检测，需要感知检测设备（多为基站设备）扫描备用频点，考虑到感知检测设备的带宽，无法包含整个检测频段，因此，在感知检测时，多为周期性扫面方式，即对某个频点的检测，需要间隔一定周期后，才能再次检测到该频点。为了避免在检测周期内该频点上出现授权系统或者更高优先级的系统，可以采用的方式是缩小检测周期，然而，该方式显然会使当前的系统投入较大的感知消耗。同时，为了提高感知检测的准确度，感知检测的时间内要求CR系统停止在该频道上的信号发送与接收，当静默过于频繁时，对CR系统的性能也带来极大的影响。

综上，在感知无线电系统中，通过多个感知节点相互合作提高感知检测性能的方式称为协作感知，执行协作感知的多个感知节点组成协作感知节点集合。如何选择协作感知节点集合中的节点，是保证协作感知性能的重要前提。经研究，当感知节点选择不当时，不仅不会提高感知检测性能，反倒会降低协作感知的性能。此外，在执行感知检测时，一般采用周期检测的方式，对于某个频点，需要在一个周期后才能再次检测，为了能够及时发现更高优先级的系统，可以通过缩短检测周期来实现，但是当检测周期过短时，会给检测设备带来较大的负担，增加了感知检测设备的能量消耗。同时，为了提高感知检测的准确度，感知检测的时间内要求CR系统停止在该频道上的信号发送与接收，当静默过于频繁时，对CR系统的性能也带来极大的影响。

发明内容

本发明实施例提供一种认知无线电CR系统中的频谱感知方法和装置，用于提高CR系统的性能。

一种认知无线电CR系统中的频谱感知方法，该方法包括：

中心管理设备确定能够感知目标频点的多个感知节点以及所述目标频点对应的授权系统的地理位置信息；

中心管理设备根据所述授权系统的地理位置信息和预先设定的联合感知检测概率将所述多个感知节点划分为多个协作感知簇，每个协作感知簇中包含至少一个感知节点，并且不同协作感知簇中不包含重复的感知节点；

中心管理设备为每个协作感知簇分配感知任务，所述感知任务包括对所述目标频点进行频谱感知的时间信息；

中心管理设备将为每个协作感知簇分配的感知任务通知给对应的协作感知簇中的感知节点，以指示感知节点根据通知的感知任务对所述目标频点进行频谱感知。

一种认知无线电CR系统中的频谱感知方法，该方法包括：

感知节点接收中心管理设备通知的感知任务，所述感知任务包括对目标频点进行频谱感知的时间信息；所述感知节点为中心管理设备根据所述授权系统的地理位置信息和预先设定的联合感知检测概率，将能够感知目标频点的多个感知节点划分为多个协作感知簇后其中一个协作感知簇中包含的感知节点，其中每个协作感知簇中包含至少一个感知节点，并且不同协作感知簇中不包含重复的感知节点；所述感知节点接收到的感知任务为中心管理设备为所述感知节点所属的协作感知簇分配的感知任务；

感知节点根据所述感知任务对所述目标频点进行频谱感知。

一种认知无线电CR系统中的频谱感知装置，该装置包括：

信息获取单元，用于确定能够感知目标频点的多个感知节点以及所述目标频点对应的授权系统的地理位置信息；

协作感知簇划分单元，用于根据所述授权系统的地理位置信息和预先设定的联合感知检测概率将所述多个感知节点划分为多个协作感知簇，每个协作感知簇中包含至少一个感知节点，并且不同协作感知簇中不包含重复的感知节点；

感知任务分配单元，用于为每个协作感知簇分配感知任务，所述感知任务包括对所述目标频点进行频谱感知的时间信息；

任务通知单元，用于将为每个协作感知簇分配的感知任务通知给对应的协作感知簇中的感知节点，以指示感知节点根据通知的感知任务对所述目标频点进行频谱感知。

一种认知无线电CR系统中的频谱感知装置，该装置包括：

感知任务接收单元，用于接收中心管理设备通知的感知任务，所述感知任务包括对目标频点进行频谱感知的时间信息；所述感知节点为中心管理设备根据所述授权系统的地理位置信息和预先设定的联合感知检测概率，将能够感知目标频点的多个感知节点划分为多个协作感知簇后其中一个协作感知簇中包含的感知节点，其中每个协作感知簇中包含至少一个感知节点，并且不同协作感知簇中不包含重复的感知节点；所述感知节点接收到的感知任务为中心管理设备为所述感知节点所属的协作感知簇分配的感知任务；

频谱感知单元，用于根据所述感知任务对所述目标频点进行频谱感知。

本发明实施例提供的方案中，中心管理设备确定能够感知目标频点的多个感知节点以及目标频点对应的授权系统的地理位置信息，根据授权系统的地理位置信息和预先设定的联合感知检测概率将多个感知节点划分为多个协作感知簇，每个协作感知簇中包含至少一个感知节点，并且不同协作感知簇中不包含重复的感知节点；中心管理设备为每个协作感知簇分配感知任务，感知任务包括对目标频点进行频谱感知的时间信息，中心管理设备将为每个协作感知簇分配的感知任务通知给对应的协作感知簇中的感知节点，感知节点根据通知的感知任务对目标频点进行频谱感知。可见，本方案中，通过将能够感知目标频点的多个感知节点划分为多个协作感知簇，将感知任务动态分配在多个协作感知簇，从而可以避免某一感知节点及其下辖区域由于频繁执行感知任务而频繁静默，进而提高CR系统的性能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的另一方法流程示意图；

图3a为本发明实施例一的整体流程示意图；

图3b为本发明实施例一的协作感知簇划分流程示意图；

图3c为本发明实施例一的感知任务与检测时间段对应关系示意图；

图3d为本发明实施例一的以簇群为单位执行感知任务的示意图；

图3e为本发明实施例一的以簇为单位执行感知任务的示意图；

图4a为本发明实施例二的信息交互流程示意图；

图4b为本发明实施例二的感知任务分配示意图；

图5为本发明实施例提供的装置结构示意图；

图6为本发明实施例提供的另一装置结构示意图。

具体实施方式

为了提高CR系统的性能，本发明实施例提供一种CR系统中的频谱感知方法。

参见图1，本发明实施例提供的针对网络侧的CR系统中的频谱感知方法，包括以下步骤：

步骤10：中心管理设备确定能够感知目标频点的多个感知节点以及目标频点对应的授权系统的地理位置信息；

步骤11：中心管理设备根据授权系统的地理位置信息和预先设定的联合感知检测概率将多个感知节点划分为多个协作感知簇，每个协作感知簇中包含至少一个感知节点，并且不同协作感知簇中不包含重复的感知节点；

步骤12：中心管理设备为每个协作感知簇分配感知任务，感知任务包括对目标频点进行频谱感知的时间信息；为了使感知任务分配均衡，在为每个协作感知簇分配感知任务时，可以使每个协作感知簇不在所有的需要进行频谱感知的时间段进行频谱感知；所谓频谱感知是指通过检测目标频点上授权系统或更高优先级系统的信号判断授权主系统或更高优先级系统是否占用目标频点，即判断目标频点被占用或者空闲。

步骤13：中心管理设备将为每个协作感知簇分配的感知任务通知给对应的协作感知簇中的感知节点，以指示感知节点根据通知的感知任务对目标频点进行频谱感知。

具体的，步骤10中，中心管理设备确定能够感知目标频点的多个感知节点以及目标频点对应的授权系统的地理位置信息，具体实现可以如下：

中心管理设备根据存储的各感知节点的射频能力信息，从各感知节点中选取能够感知目标频点的多个感知节点；

中心管理设备从授权系统地理位置信息库中获取所述目标频点对应的授权系统的地理位置信息。

步骤11中，中心管理设备根据授权系统的地理位置信息和预先设定的联合感知检测概率将多个感知节点划分为多个协作感知簇，具体实现可以如下：

A、中心管理设备按照如下方法划分包含X个感知节点的协作感知簇：确定能够感知目标频点的多个感知节点中与授权系统的距离不大于预设距离值的感知节点的数目为若则划分出Num_X个包含X个感知节点的协作感知簇，每个包含X个感知节点的协作感知簇中的感知节点为与授权系统的距离不大于预设距离值的感知节点；否则，确定无法划分出包含X个感知节点的协作感知簇；其中，Num_i为包含i个感知节点的协作感知簇的数目；X的初始值为1；该预设距离值与预先设定的联合感知检测概率和当前X的取值相关；

B、若则将X的取值加1，返回步骤A，否则，本流程结束；其中Num_node_total为能够感知目标频点的多个感知节点的数目。

上述确定预设距离值的方法可以如下：

中心管理设备读取预先设定的感知节点个数与最远距离要求关系对照表，该对照表中包含多条映射关系，每个映射关系为联合感知检测概率和感知节点数目与距离授权系统最远距离值的映射关系；

中心管理设备从读取到的对照表中查找预先设定的联合感知检测概率和当前X的取值对应的距离授权系统最远距离值，将查找到的距离授权系统最远距离值确定为预设距离值。

具体的，步骤12中，中心管理设备为每个协作感知簇分配感知任务，具体实现可以如下：

中心管理设备将多个协作感知簇划分为至少一个协作感知簇群，每个协作感知簇群中的协作感知簇包含的感知节点的数目相同；为每个协作感知簇群分别分配感知任务，每个协作感知簇群中的协作感知簇执行为对应协作感知簇群分配的感知任务；或者，

中心管理设备分别为每个协作感知簇分配感知任务。

步骤12中感知任务包括的对目标频点进行频谱感知的时间信息可以包括：检测周期和检测时间段信息；其中，检测周期表示对目标频点进行频谱感知所在的时间周期；检测时间段信息表示在检测周期内对目标频点进行频谱感知的时间段。

较佳的，在中心管理设备将为每个协作感知簇分配的感知任务通知给对应的协作感知簇中的感知节点之后，中心管理设备接收感知节点上报的对所述目标频点进行频谱感知的感知结果；对接收到的感知结果进行融合处理，得到授权系统是否占用目标频点的判决结果，并将该判决结果发送系统中的各节点。

参见图2，本发明实施例针对终端侧提供的CR系统中的频谱感知方法，包括以下步骤：

步骤20：感知节点接收中心管理设备通知的感知任务，该感知任务包括对目标频点进行频谱感知的时间信息；该感知节点为中心管理设备根据授权系统的地理位置信息和预先设定的联合感知检测概率，将能够感知目标频点的多个感知节点划分为多个协作感知簇后其中一个协作感知簇中包含的感知节点，其中每个协作感知簇中包含至少一个感知节点，并且不同协作感知簇中不包含重复的感知节点；该感知节点接收到的感知任务为中心管理设备为所该感知节点所属的协作感知簇分配的感知任务；

步骤21：感知节点根据该感知任务对目标频点进行频谱感知。

具体的，感知任务包括的对目标频点进行频谱感知的时间信息可以包括：检测周期和检测时间段信息，其中检测周期表示对目标频点进行频谱感知所在的时间周期，检测时间段信息表示在检测周期内对所述目标频点进行频谱感知的时间段；此时，步骤21中感知节点根据感知任务对目标频点进行频谱感知，具体实现可以为：感知节点在该检测周期的该检测时间段内对该目标频点进行频谱感知。

较佳的，在感知节点根据感知任务对目标频点进行频谱感知之后，感知节点将对目标频点进行频谱感知的感知结果上报给中心管理设备；感知节点接收中心管理设备下发的授权系统是否占用该目标频点的判决结果。

下面结合具体实施例对本发明进行说明：

实施例一：

本实施例提出了一种多协作感知簇完成感知任务的机制，为了便于后续陈述，在本方案中，引入协作感知簇的概念，定义协作感知簇为在某一检测时刻，共同执行协作感知任务的X个感知节点构成的X点协作感知簇，其中X≥1；多个X点协作感知簇，一起形成X点协作感知簇群。此外，在本方案中，引入表1，列出了对于一定的联合感知检测概率要求下，当采用不同个数的感知节点协作感知时，要求的每个感知节点距离授权系统的最大距离值，以表1的第二行为例，当联合感知检测概率要求为时，当感知节点个数为1个时，则要求该节点距离授权系统的距离不能超过。表1可以通过实测数据得出，也可根据系统级仿真并根据实际环境适当修订得出。

表1.感知节点个数与最远距离要求关系对照表

本方案的具体实现流程如图3a所示：

步骤S1：针对某一频点f，中心管理单元获取能够感知频点f的多个感知节点以及可能使用频点f的授权系统的发射站的地理位置信息；

并根据获取的地理位置信息，确定各感知节点与授权系统的距离，按照距离由小及大排序，形成距离表格如表2所示，其中，感知节点编号仅为其次序号，与感知节点本身的标识相对应，如感知节点为基站时，感知节点编号与该基站的小区标识相对应；

表2.感知节点距离授权系统距离表格

步骤S2：中心管理单元将多个感知节点划分为多个协作感知簇；

这里，在满足联合感知检测概率的前提下，按照协作感知簇的个数最多为原则，划分协作感知簇。将上述的感知节点划分为多个协作感知簇，以联合感知检测概率为例，具体阐述执行步骤如图3b所示：

单点协作感知簇的划分：假设上述所有感知节点中，满足与授权系统距离小于等于的感知节点个数为若则划分出单点协作感知簇为Num_1个；反之，则无法形成单点协作感知簇；其中

判断是否要继续寻找两点协作感知簇:若Num_node_total-Num_1>2，则继续寻找两点协作感知方案，反之则划分簇结束；

两点协作感知簇：假设上述所有感知节点中，满足与授权系统距离小于等于的感知节点个数为若则可构成Num_2个两点协作感知簇；反之，则无法形成两点协作感知簇；其中

按照上述方法，划分其他感知节点个数组成的协作感知簇。一般的，对于X个感知节点协作感知簇，假设上述所有节点中，满足距离小于等于的感知节点个数为则可构成Num_X个X个节点协作感知簇，反之，则无法形成X点协作感知簇；其中，

判断是否要继续寻找X+1个节点协作感知簇：若则继续寻找X+1点协作感知簇；反之，则划分簇结束；

步骤S3：中心管理单元为每个协作感知簇分配感知任务，将为每个协作感知簇分配的感知任务通知给对应的协作感知簇中的感知节点；

将感知任务以时间为单位，如图3c所示，在每个检测时间段上，完成对相应频点f的检测任务。其中Sensing_period_1对应第一个检测时间段，即表征第一个检测时间段，T代表检测周期，检测周期可以相同也可以单独设置，即T1可以等于T2也可以独立设置；

感知任务分配时，有两种分配方法：

方法一：如图3d所示，以簇群为单位执行感知任务，如对于第一个感知检测时间段，由所有单点的协作感知簇来完成感知任务；对于第二个感知检测时间段，由所有的两点协作感知簇完成感知任务，等。

方法二：如图3e所示，以簇为单位，执行感知任务，如1号单点协作感知簇，对应第一个检测任务，2号单点协作感知簇对应第二个检测任务，等。

按照上述分配的方法，可以将感知任务分散到多个簇中进行，可以在满足联合感知检测概率的要求下，增大每个协作感知簇的检测周期，可以极大的减少感知检测带来的消耗。

步骤S4：各感知节点根据通知的感知任务对频点f进行频谱感知，将感知结果上报给中心管理单元，中心管理单元对接收到的感知结果进行融合处理，得到授权系统是否占用频点f的判决结果，并将该判决结果发送系统中的各节点。

在每个检测时间段，协作感知簇中的感知节点将感知结果上报至某一中心管理单元，中心管理单元将结果进一步的融合处理，并将最终判决结果反馈给系统中各节点，从而全网获取该频点f的使用情况。如步轴S3中按照方法2分配感知任务时，多个X感知节点协作感知簇上报的结果，还需进一步的联合处理，即将各个协作感知簇判决的结果再次经过软判决或者硬判决的协作处理，具体方法和多个感知节点的协作处理方式相同。

实施例二：

假设当前Num_node_total=4个感知节点，其中感知节点1，感知节点2，感知节点3均为基站，身份标识由系统ID及小区ID组成，节点4为终端，身份标识由系统ID、小区ID、终端ID组成。在本实施例中，假设上述四个感知节点的信息如表3所示。针对的检测频点为f1,潜在的使用该频点的授权系统的基站的地理位值信息为（纬度_X，经度_Y）。

身份标识	地理位置
		XXXXXXX1	纬度_X1,经度_Y1
XXXXXXX2	纬度_X2,经度_Y2
		XXXXXXX3	纬度_X3,经度_Y3
XXXXXXX3_UE_ID	纬度_X4,经度_Y4

表3.节点身份标识及地理位置信息

如图4a所示，具体流程如下：

步骤1：中心管理单元获取支持感知该频点f1的感知节点及可能使用该频点f的授权系统的发射站的地理位置信息；

并根据获取的地理位置信息，确定各感知节点与授权系统的距离，按照距离由小及大排序，形成距离表格如表4所示，其中节点编号1对应的是身份标识为XXXXXXX1的节点，节点编号2对应的是身份标识为XXXXXXX3的节点，节点编号3对应的是身份标识为XXXXXXX3_UE_ID的节点，节点编号4对应的是身份标识为XXXXXXX2的节点；

感知节点编号

1

2

3

4

感知节点与授权系统距离

d1

d2

d3

d4

表4.感知节点与授权系统距离表格

步骤2：划分协作感知簇。根据表1所示，假设当前需要满足的联合感知检测概率为，则不同个数的感知节点协作时，达到该联合感知检测概率所要求的最远距离整理如表5所示：

表5.感知节点个数与最远距离要求关系对照表

单点协作感知簇的划分：假设上述所有节点中，满足与授权系统距离小于等于的节点个数为若则划分出单点协作感知簇为Num_1=1个，由节点编号1单独构成；其中

判断是否要继续寻找两点协作感知簇:经判断4-1>2，则继续寻找两点协作感知簇方案；

两点协作感知簇：假设上述所有节点中，满足与授权系统距离小于等于的节点个数若则可构成Num_2=1个两点协作感知簇，由节点编号2及3构成一个两点协作感知簇，其中

判断是否要继续寻找三点协作感知簇:经判断，Num_node_total-Num_1-2*Num_2<3，则划分簇结束；

步骤3：中心管理单元为每个协作感知簇分配感知任务；

将感知任务在多个协作感知簇间分配。如图4b所示，单点协作感知簇即由身份标识为XXXXXXX1的基站在第一检测时间段完成感知任务，两点协作感知簇，即由身份标识为XXXXXXX3的基站及身份标识为XXXXXXX3_UE_ID的终端组成的两点协作感知簇，在第二检测时间段完成检测任务，等。在本假设条件下，可以看出，对于每个协作感知簇，检测周期可以延长为原来的两倍，可以使感知检测带来的消耗降低50%。

步骤4：将为每个协作感知簇分配的感知任务通知给对应的协作感知簇中的感知节点；

步骤5：各感知节点根据通知的感知任务对频点f进行频谱感知，将感知结果上报给中心管理单元；

步骤6：中心管理单元对接收到的感知结果进行融合处理，得到授权系统是否占用频点f1的判决结果，并将该判决结果发送系统中的各节点。

参见图5，本发明实施例提供一种CR系统中的频谱感知装置，该装置包括：

信息获取单元50，用于确定能够感知目标频点的多个感知节点以及所述目标频点对应的授权系统的地理位置信息；

协作感知簇划分单元51，用于根据所述授权系统的地理位置信息和预先设定的联合感知检测概率将所述多个感知节点划分为多个协作感知簇，每个协作感知簇中包含至少一个感知节点，并且不同协作感知簇中不包含重复的感知节点；

感知任务分配单元52，用于为每个协作感知簇分配感知任务，所述感知任务包括对所述目标频点进行频谱感知的时间信息；

任务通知单元53，用于将为每个协作感知簇分配的感知任务通知给对应的协作感知簇中的感知节点，以指示感知节点根据通知的感知任务对所述目标频点进行频谱感知。

进一步的，所述信息获取单元50用于：

根据存储的各感知节点的射频能力信息，从各感知节点中选取能够感知目标频点的多个感知节点；

从授权系统地理位置信息库中获取所述目标频点对应的授权系统的地理位置信息。

进一步的，所述协作感知簇划分单元51用于执行如下步骤：

A、按照如下方法划分包含X个感知节点的协作感知簇：确定所述能够感知目标频点的多个感知节点中与所述授权系统的距离不大于预设距离值的感知节点的数目为若则划分出Num_X个包含X个感知节点的协作感知簇，每个包含X个感知节点的协作感知簇中的感知节点为与所述授权系统的距离不大于预设距离值的感知节点；否则，确定无法划分出包含X个感知节点的协作感知簇；其中，Num_i为包含i个感知节点的协作感知簇的数目；X的初始值为1；所述预设距离值与预先设定的联合感知检测概率和当前X的取值相关；

B、若则将X的取值加1，返回步骤A，否则，本流程结束；其中Num_node_total为所述能够感知目标频点的多个感知节点的数目。

进一步的，所述协作感知簇划分单元51用于：按照如下方法确定所述预设距离值：

读取预先设定的感知节点个数与最远距离要求关系对照表，该对照表中包含多条映射关系，每个映射关系为联合感知检测概率和感知节点数目与距离授权系统最远距离值的映射关系；

从所述对照表中查找预先设定的联合感知检测概率和当前X的取值对应的距离授权系统最远距离值，将查找到的距离授权系统最远距离值确定为预设距离值。

进一步的，所述感知任务分配单元52用于：

将所述多个协作感知簇划分为至少一个协作感知簇群，每个协作感知簇群中的协作感知簇包含的感知节点的数目相同；为每个协作感知簇群分别分配感知任务，每个协作感知簇群中的协作感知簇执行为对应协作感知簇群分配的感知任务；或者，

分别为每个协作感知簇分配感知任务。

进一步的，所述时间信息包括：检测周期和检测时间段信息；

所述检测周期表示对所述目标频点进行频谱感知所在的时间周期，所述检测时间段信息表示在所述检测周期内对所述目标频点进行频谱感知的时间段。

进一步的，该装置还包括：

数据处理单元54，用于在将为每个协作感知簇分配的感知任务通知给对应的协作感知簇中的感知节点之后，接收感知节点上报的对所述目标频点进行频谱感知的感知结果；对接收到的感知结果进行融合处理，得到所述授权系统是否占用所述目标频点的判决结果，并将该判决结果发送系统中的各节点。

参见图6，本发明实施例提供一种CR系统中的频谱感知装置，该装置包括：

感知任务接收单元60，用于接收中心管理设备通知的感知任务，所述感知任务包括对目标频点进行频谱感知的时间信息；所述感知节点为中心管理设备根据所述授权系统的地理位置信息和预先设定的联合感知检测概率，将能够感知目标频点的多个感知节点划分为多个协作感知簇后其中一个协作感知簇中包含的感知节点，其中每个协作感知簇中包含至少一个感知节点，并且不同协作感知簇中不包含重复的感知节点；所述感知节点接收到的感知任务为中心管理设备为所述感知节点所属的协作感知簇分配的感知任务；

频谱感知单元61，用于根据所述感知任务对所述目标频点进行频谱感知。

进一步的，所述频谱感知单元61用于：

在所述时间信息包括：检测周期和检测时间段信息，所述检测周期表示对所述目标频点进行频谱感知所在的时间周期，所述检测时间段信息表示在所述检测周期内对所述目标频点进行频谱感知的时间段时，在所述检测周期的所述检测时间段内对所述目标频点进行频谱感知。

进一步的，该装置还包括：

结果获取单元62，用于在根据所述感知任务对所述目标频点进行频谱感知之后，将对所述目标频点进行频谱感知的感知结果上报给中心管理设备；

接收中心管理设备下发的所述授权系统是否占用所述目标频点的判决结果。

综上，本发明的有益效果包括：

本发明实施例提供的方案中，中心管理设备确定能够感知目标频点的多个感知节点以及目标频点对应的授权系统的地理位置信息，根据授权系统的地理位置信息和预先设定的联合感知检测概率将多个感知节点划分为多个协作感知簇，每个协作感知簇中包含至少一个感知节点，并且不同协作感知簇中不包含重复的感知节点；中心管理设备为每个协作感知簇分配感知任务，感知任务包括对目标频点进行频谱感知的时间信息，中心管理设备将为每个协作感知簇分配的感知任务通知给对应的协作感知簇中的感知节点，感知节点根据通知的感知任务对目标频点进行频谱感知。可见，本方案中，通过将能够感知目标频点的多个感知节点划分为多个协作感知簇，将感知任务动态分配在多个协作感知簇，从而可以避免某一感知节点及其下辖区域由于频繁执行感知任务而频繁静默，进而提高CR系统的性能。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (20)

1.一种认知无线电CR系统中的频谱感知方法，其特征在于，该方法包括：

中心管理设备确定能够感知目标频点的多个感知节点以及所述目标频点对应的授权系统的地理位置信息；

中心管理设备根据所述授权系统的地理位置信息和预先设定的联合感知检测概率将所述多个感知节点划分为多个协作感知簇，每个协作感知簇中包含至少一个感知节点，并且不同协作感知簇中不包含重复的感知节点；

中心管理设备为每个协作感知簇分配感知任务，所述感知任务包括对所述目标频点进行频谱感知的时间信息；

中心管理设备将为每个协作感知簇分配的感知任务通知给对应的协作感知簇中的感知节点，以指示感知节点根据通知的感知任务对所述目标频点进行频谱感知。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中心管理设备确定能够感知目标频点的多个感知节点以及所述目标频点对应的授权系统的地理位置信息，具体包括：

中心管理设备根据存储的各感知节点的射频能力信息，从各感知节点中选取能够感知目标频点的多个感知节点；

中心管理设备从授权系统地理位置信息库中获取所述目标频点对应的授权系统的地理位置信息。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中心管理设备根据所述授权系统的地理位置信息和预先设定的联合感知检测概率将所述多个感知节点划分为多个协作感知簇，具体包括：

A、中心管理设备按照如下方法划分包含X个感知节点的协作感知簇：确定所述能够感知目标频点的多个感知节点中与所述授权系统的距离不大于预设距离值的感知节点的数目为若则划分出Num_X个包含X个感知节点的协作感知簇，每个包含X个感知节点的协作感知簇中的感知节点为与所述授权系统的距离不大于预设距离值的感知节点；否则，确定无法划分出包含X个感知节点的协作感知簇；其中，Num_i为包含i个感知节点的协作感知簇的数目；X的初始值为1；所述预设距离值与预先设定的联合感知检测概率和当前X的取值相关；

B、若则将X的取值加1，返回步骤A，否则，本流程结束；其中Num_node_total为所述能够感知目标频点的多个感知节点的数目。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，确定所述预设距离值的方法包括：

中心管理设备读取预先设定的感知节点个数与最远距离要求关系对照表，该对照表中包含多条映射关系，每个映射关系为联合感知检测概率和感知节点数目与距离授权系统最远距离值的映射关系；

中心管理设备从所述对照表中查找预先设定的联合感知检测概率和当前X的取值对应的距离授权系统最远距离值，将查找到的距离授权系统最远距离值确定为预设距离值。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中心管理设备为每个协作感知簇分配感知任务，具体包括：

中心管理设备将所述多个协作感知簇划分为至少一个协作感知簇群，每个协作感知簇群中的协作感知簇包含的感知节点的数目相同；为每个协作感知簇群分别分配感知任务，每个协作感知簇群中的协作感知簇执行为对应协作感知簇群分配的感知任务；或者，

中心管理设备分别为每个协作感知簇分配感知任务。

6.如权利要求1-5中任一所述的方法，其特征在于，所述时间信息包括：检测周期和检测时间段信息；

所述检测周期表示对所述目标频点进行频谱感知所在的时间周期，所述检测时间段信息表示在所述检测周期内对所述目标频点进行频谱感知的时间段。

7.如权利要求1-5中任一所述的方法，其特征在于，在中心管理设备将为每个协作感知簇分配的感知任务通知给对应的协作感知簇中的感知节点之后，进一步包括：

中心管理设备接收感知节点上报的对所述目标频点进行频谱感知的感知结果；对接收到的感知结果进行融合处理，得到所述授权系统是否占用所述目标频点的判决结果，并将该判决结果发送系统中的各节点。

8.一种认知无线电CR系统中的频谱感知方法，其特征在于，该方法包括：

感知节点接收中心管理设备通知的感知任务，所述感知任务包括对目标频点进行频谱感知的时间信息；所述感知节点为中心管理设备根据授权系统的地理位置信息和预先设定的联合感知检测概率，将能够感知目标频点的多个感知节点划分为多个协作感知簇后其中一个协作感知簇中包含的感知节点，其中每个协作感知簇中包含至少一个感知节点，并且不同协作感知簇中不包含重复的感知节点；所述感知节点接收到的感知任务为中心管理设备为所述感知节点所属的协作感知簇分配的感知任务；

感知节点根据所述感知任务对所述目标频点进行频谱感知。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述时间信息包括：检测周期和检测时间段信息；所述检测周期表示对所述目标频点进行频谱感知所在的时间周期，所述检测时间段信息表示在所述检测周期内对所述目标频点进行频谱感知的时间段；

所述感知节点根据所述感知任务对所述目标频点进行频谱感知，具体包括：

感知节点在所述检测周期的所述检测时间段内对所述目标频点进行频谱感知。

10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在感知节点根据所述感知任务对所述目标频点进行频谱感知之后，进一步包括：

感知节点将对所述目标频点进行频谱感知的感知结果上报给中心管理设备；

感知节点接收中心管理设备下发的所述授权系统是否占用所述目标频点的判决结果。

11.一种认知无线电CR系统中的频谱感知装置，其特征在于，该装置包括：

信息获取单元，用于确定能够感知目标频点的多个感知节点以及所述目标频点对应的授权系统的地理位置信息；

协作感知簇划分单元，用于根据所述授权系统的地理位置信息和预先设定的联合感知检测概率将所述多个感知节点划分为多个协作感知簇，每个协作感知簇中包含至少一个感知节点，并且不同协作感知簇中不包含重复的感知节点；

感知任务分配单元，用于为每个协作感知簇分配感知任务，所述感知任务包括对所述目标频点进行频谱感知的时间信息；

任务通知单元，用于将为每个协作感知簇分配的感知任务通知给对应的协作感知簇中的感知节点，以指示感知节点根据通知的感知任务对所述目标频点进行频谱感知。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述信息获取单元用于：

根据存储的各感知节点的射频能力信息，从各感知节点中选取能够感知目标频点的多个感知节点；

从授权系统地理位置信息库中获取所述目标频点对应的授权系统的地理位置信息。

13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述协作感知簇划分单元用于执行如下步骤：

A、按照如下方法划分包含X个感知节点的协作感知簇：确定所述能够感知目标频点的多个感知节点中与所述授权系统的距离不大于预设距离值的感知节点的数目为若则划分出Num_X个包含X个感知节点的协作感知簇，每个包含X个感知节点的协作感知簇中的感知节点为与所述授权系统的距离不大于预设距离值的感知节点；否则，确定无法划分出包含X个感知节点的协作感知簇；其中，Num_i为包含i个感知节点的协作感知簇的数目；X的初始值为1；所述预设距离值与预先设定的联合感知检测概率和当前X的取值相关；

B、若则将X的取值加1，返回步骤A，否则，本流程结束；其中Num_node_total为所述能够感知目标频点的多个感知节点的数目。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述协作感知簇划分单元用于：按照如下方法确定所述预设距离值：

读取预先设定的感知节点个数与最远距离要求关系对照表，该对照表中包含多条映射关系，每个映射关系为联合感知检测概率和感知节点数目与距离授权系统最远距离值的映射关系；

从所述对照表中查找预先设定的联合感知检测概率和当前X的取值对应的距离授权系统最远距离值，将查找到的距离授权系统最远距离值确定为预设距离值。

15.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述感知任务分配单元用于：

将所述多个协作感知簇划分为至少一个协作感知簇群，每个协作感知簇群中的协作感知簇包含的感知节点的数目相同；为每个协作感知簇群分别分配感知任务，每个协作感知簇群中的协作感知簇执行为对应协作感知簇群分配的感知任务；或者，

分别为每个协作感知簇分配感知任务。

16.如权利要求11-15中任一所述的装置，其特征在于，所述时间信息包括：检测周期和检测时间段信息；

所述检测周期表示对所述目标频点进行频谱感知所在的时间周期，所述检测时间段信息表示在所述检测周期内对所述目标频点进行频谱感知的时间段。

17.如权利要求11-15中任一所述的装置，其特征在于，该装置还包括：

数据处理单元，用于在将为每个协作感知簇分配的感知任务通知给对应的协作感知簇中的感知节点之后，接收感知节点上报的对所述目标频点进行频谱感知的感知结果；对接收到的感知结果进行融合处理，得到所述授权系统是否占用所述目标频点的判决结果，并将该判决结果发送系统中的各节点。

18.一种认知无线电CR系统中的频谱感知装置，其特征在于，该装置包括：

感知任务接收单元，用于接收中心管理设备通知的感知任务，所述感知任务包括对目标频点进行频谱感知的时间信息；所述感知节点为中心管理设备根据授权系统的地理位置信息和预先设定的联合感知检测概率，将能够感知目标频点的多个感知节点划分为多个协作感知簇后其中一个协作感知簇中包含的感知节点，其中每个协作感知簇中包含至少一个感知节点，并且不同协作感知簇中不包含重复的感知节点；所述感知节点接收到的感知任务为中心管理设备为所述感知节点所属的协作感知簇分配的感知任务；

频谱感知单元，用于根据所述感知任务对所述目标频点进行频谱感知。

19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述频谱感知单元用于：

在所述时间信息包括：检测周期和检测时间段信息，所述检测周期表示对所述目标频点进行频谱感知所在的时间周期，所述检测时间段信息表示在所述检测周期内对所述目标频点进行频谱感知的时间段时，在所述检测周期的所述检测时间段内对所述目标频点进行频谱感知。

20.如权利要求18或19所述的装置，其特征在于，该装置还包括：

结果获取单元，用于在根据所述感知任务对所述目标频点进行频谱感知之后，将对所述目标频点进行频谱感知的感知结果上报给中心管理设备；

接收中心管理设备下发的所述授权系统是否占用所述目标频点的判决结果。