CN104883233A - 一种频谱利用率的处理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于通信技术领域，提供了一种频谱利用率的处理方法及装置，包括：在预设时间段内，测量每个单位时间内同一频段内各个信道的频谱信号强度；根据测量到的所述频谱信号强度，生成所述预设时间段内所述频段的频谱利用率序列；获取所述预设时间段内所述频谱利用率序列的熵；输出所述预设时间段内所述频谱利用率序列的熵，并根据输出结果判断所述预设的时间段内所述频段的频谱利用状况是否稳定。本发明通过熵来量化频谱利用率，根据量化的结果确定频谱利用的情况是否稳定，可以保证进行频谱分配后，未注册用户能够稳定地利用分配的频段进行有效通信。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种频谱利用率的处理方法及装置。
背景技术
随着无线通信技术的蓬勃发展，无线通信技术及其应用已经深入到了人们生活的各个方面。近几年来，以智能手机为中心，移动互联网、车载网络、可穿戴设备和智能家居等新兴技术和产业开始爆发，使得不同形式的无线产品和无线业务大量兴起。
无线业务需要通过频谱进行通信，为了充分利用频谱资源并保证无线业务在运行期间不会造成服务拥塞，需要对频谱使用情况进行测量。目前的频谱测量是根据接收到的频谱数据来判断频谱的利用情况，进一步确定哪个地方的频段利用率低，可以进行频谱复用，但是无法获知某个频段的频谱利用情况是否稳定，从而导致无线通信的有效性无法得到保证。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种频谱利用率的处理方法及装置，旨在解决现有技术中只能从频谱利用率中分析得到某个地方某个时刻的频谱利用情况，不足以保证无线通信的有效性的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种频谱利用率的处理方法，包括：
在预设时间段内，测量每个单位时间内同一频段内各个信道的频谱信号强度；
根据测量到的所述频谱信号强度，生成所述预设时间段内所述频段的频谱利用率序列；
获取所述预设时间段内所述频谱利用率序列的熵；
输出所述预设时间段内所述频谱利用率序列的熵，并根据输出结果判断所述预设的时间段内所述频段的频谱利用状况是否稳定。
本发明实施例的另一目的在于提供一种频谱利用率的处理装置，包括：
测量单元，用于在预设时间段内，测量每个单位时间内同一频段内各个信道的频谱信号强度；
生成单元，用于根据测量到的所述频谱信号强度，生成所述预设时间段内所述频段的频谱利用率序列；
获取单元，用于获取所述预设时间段内所述频谱利用率序列的熵；
输出单元，用于输出所述预设时间段内所述频谱利用率序列的熵，并根据输出结果判断所述预设的时间段内所述频段的频谱利用状况是否稳定。
本发明实施例通过熵来量化频谱利用率，根据量化的结果确定频谱利用的情况是否稳定，可以保证进行频谱分配后，未注册用户能够稳定地利用分配的频段进行有效通信。
附图说明
图1是本发明实施例提供的频谱利用率的处理方法的实现流程图；
图2是本发明实施例提供的频谱利用率的处理方法S102的具体实现流程图；
图3是本发明实施例提供的950MHz频段预设时间段内各信道的平均频谱利用率示例图；
图4是本发明实施例提供的950MHz频段预设时间段内各信道的频谱利用率序列的熵值示例图；
图5是本发明实施例提供的频谱利用率的处理装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了本发明实施例提供的频谱利用率的处理方法的实现流程，详述如下：
在S101中，在预设时间段内，测量每个单位时间内同一频段内各个信道的频谱信号强度。
作为例子，对频谱信号强度的测量可以通过如下方式实现：
在实验中，采用自制的单极天线和频谱监测模块、数据存储模块等来完成频谱的测量，分别对三个地点及315M、433M、470M、CDMA、GSM和2.4G这六个频段进行了频谱测量。由于各个频段的带宽不同，根据不同频段进行了不同信道的划分，总共划分了263个信道，具体的划分方法如表1所示：
表1
| 业务 | 频段(MHz) | 信道数目 | 分辨率(MHz) |
| 315M | 300～348 | 31 | 1.6 |
| 433M | 387～463.8 | 49 | 1.6 |
| 470M | 471.25～509.75 | 10 | 1.5 |
| CDMA下行 | 871.11～878.49 | 7 | 1.23 |
| CDMA上行 | 826.11～833.49 | 7 | 1.23 |
| GSM上行 | 885.2～909 | 120 | 0.2 |
| GSM下行 | 948.9～959.7 | 25 | 0.4 |
| 2.4G | 2412～2472 | 14 | 5 |
在实验过程中，可以令预设时间段为1小时，每个单位时间为1分钟，而频谱测量设备每隔200ms扫描一次，从而每隔200ms测量得到各个频段各个信道的频谱信号强度。
在S102中，根据测量到的所述频谱信号强度，通过能量检测方法利用阈值判断法得到所述预设时间段内所述频段的频谱利用率序列。
则如图2所示，S102具体为：
S201，利用阈值和所述单位时间内每次测量得到的每个所述信道的频谱信号强度进行比较，判定该信道是否被占用。
S202，根据每个所述信道的占用状态，计算出所述预设时间段所述频段内每个所述信道的频谱利用率。
在每次扫描获取到频谱信号强度之后，通过预设的信号强度阈值对每个信道此刻的占用情况进行判定，当频谱信号强度高于该预设的信号强度阈值时，判定该信道被占用，则可以根据判定结果，获取到每次测量时每个信道的占用状态，以此计算出单位时间内每个信道的频谱利用率。
S203，将计算出的所述频谱利用率进行归一化处理后，生成所述预设时间段内所述频段的频谱利用率序列。
为了方便后续对频谱利用率进行量化，对频谱利用率进行归一化处理，并生成的频谱利用率序列。
作为本发明的一个实施例，在S101之后，S102之前，可以对测量得到的频谱信号强度数据进行预处理，以将原始测量数据中的噪声数据、无关数据、空缺值等无效数据去除，以保证测量数据的采集质量，提高计算出的频谱利用率的精确性。
在S103中，获取所述预设时间段内所述频谱利用率序列的熵。
在本实施例中，为了简便起见，采用柱状图法对频谱熵进行估计。
设观测的频谱利用率序列为，其中，所述N为该频段的信道总数，分别为该频段内信道1、信道2、……、信道N的频率利用率，把该频谱利用率序列划分为L个子区间，则频谱利用率的序列落入第k个区间内的个数为，则有，频率利用率落入第k个区间的概率为，且。
则所述频谱利用率序列的熵为：
在S104中，输出所述预设时间段内所述频谱利用率序列的熵，并根据输出结果判断所述预设的时间段内所述频段的频谱利用状况是否稳定。
由于熵是表示了信息的不确定性，根据最大熵定律可知，当熵值越大，则表示的信息的不确定性就越大，因此，在本实施例中，通过将预设的时间段内频段的频谱利用率序列输出，就能够根据输出结果来判断在预设的时间段中频段内的频谱利用率是否稳定。
作为本发明的一个实施例，可以利用matlab使熵具有可视化，输出结果。
作为本发明的一个实现示例，所述单位时间为一分钟，预置采样值为60，就可以根据输出结果获知一个小时内每个频段的频谱利用情况是否稳定。本发明实施例并非根据各个频段频谱利用率的取值区间进行量化间隔的选取，这样做的优势就是可以更加公平的比较各个频段各个子信道的熵值，避免了动态选取量化间隔求得的熵值在比较期间存在不确定性。这样得到的最大熵为即为0.7。
基于上文所述的频谱利用率的量化方法，图3和图4分别示出了通过matlab输出的在950MHz频段一个小时内各信道的平均频谱利用率和熵值的示例图，可以看出：
图3所示的频谱利用率的变化无法判断：一个小时内各个信道的频谱利用率是通过求平均值得到的，而得到的频谱利用率只能判断这一个小时内信道的频谱利用率为多少，并不能判断出来这一个小时内频谱利用率是否发生了变化或是发生了多大的变化。
图4所示的频谱利用率的熵值可以表示频谱利用率的变化：从理论推断可知最大的熵值为0.7，根据仿真图上熵值的大小，可以知道每个信道在一个小时内的频谱利用率的变化范围是不是比较大，从而进一步判断该信道是否可以用于频谱复用。
本发明实施例通过熵来量化频谱利用率，根据量化的结果确定频谱利用的情况是否稳定，可以保证进行频谱分配后，未注册用户能够稳定地利用分配的频段进行有效通信。
对应于上文实施例所述的频谱利用率的处理方法，图5示出了本发明实施例提供的频谱利用率的处理装置的结构框图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。
参照图5，该装置包括：
测量单元51，在预设时间段内，测量每个单位时间内同一频段内各个信道的频谱信号强度。
生成单元52，根据测量到的所述频谱信号强度，生成所述预设时间段内所述频段的频谱利用率序列。
获取单元53，获取所述预设时间段内所述频谱利用率序列的熵。
输出单元54，输出所述预设时间段内所述频谱利用率序列的熵，并根据输出结果判断所述预设的时间段内所述频段的频谱利用状况是否稳定。
可选地，所述装置还包括：
预处理单元，对所述测量得到的频谱信号强度进行数据预处理，所述数据预处理包括去除噪声数据、去除无关数据或者去除空缺值。
可选地，所述获取单元53包括：
划分子单元，将所述预设时间段内所述频段的频谱利用率序列划分为L个子区间，其中，所述N为所述频段的信道总数。
第一计算子单元，根据计算所述预设时间段内所述频段的频谱利用率序列的熵，其中，所述为所述频谱利用率的序列落入第k个区间内的个数。
可选地，所述输出单元54具体用于：
通过matlab仿真输出所述预设时间段内所述频谱利用率序列的熵。
可选地，所述生成单元51包括：
判定子单元，根据所述单位时间内每次测量得到的每个所述信道的频谱信号强度与阈值相比较判定该信道是否被占用。
第二计算子单元，根据每个所述信道的占用状态，计算出所述预设时间段内所述频段内每个所述信道的频谱利用率。
生成子单元，将计算出的所述频谱利用率进行归一化处理后，生成所述预设时间段内所述频段的频谱利用率序列。
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作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种频谱利用率的处理方法，其特征在于，包括：
在预设时间段内，测量每个单位时间内同一频段内各个信道的频谱信号强度；
根据测量到的所述频谱信号强度，生成所述预设时间段内所述频段的频谱利用率序列；
获取所述预设时间段内所述频谱利用率序列的熵；
输出所述预设时间段内所述频谱利用率序列的熵，并根据输出结果判断所述预设的时间段内所述频段的频谱利用状况是否稳定。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述测量每个单位时间内同一频段内各个信道的频谱信号强度之后，所述生成所述预设时间段内所述频段的频谱利用率序列之前，所述方法还包括：
对所述测量得到的频谱信号强度进行数据预处理，所述数据预处理包括去除噪声数据、去除无关数据或者去除空缺值。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述预设时间段内所述频谱利用率序列的熵包括：
将所述预设时间段内所述频段的频谱利用率序列划分为L个子区间，其中，所述N为所述频段的信道总数；
根据计算所述预设时间段内所述频段的频谱利用率序列的熵，其中，所述为所述频谱利用率的序列落入第k个区间内的个数。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出所述预设时间段内所述频谱利用率序列的熵包括：
通过matlab仿真输出所述预设时间段内所述频谱利用率序列的熵。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据测量到的所述频谱信号强度，生成所述预设时间段内所述频段的频谱利用率序列包括：
根据所述单位时间内每次测量得到的每个所述信道的频谱信号强度判定该信道是否被占用；
根据每个所述信道的占用状态，计算出所述预设时间段所述频段内每个所述信道的频谱利用率；
将计算出的所述频谱利用率进行归一化处理后，生成所述预设时间段内所述频段的频谱利用率序列。
6.一种频谱利用率的处理装置，其特征在于，包括：
测量单元，用于在预设时间段内，测量每个单位时间内同一频段内各个信道的频谱信号强度；
生成单元，用于根据测量到的所述频谱信号强度，生成所述预设时间段内所述频段的频谱利用率序列；
获取单元，用于获取所述预设时间段内所述频谱利用率序列的熵；
输出单元，用于输出所述预设时间段内所述频谱利用率序列的熵，并根据输出结果判断所述预设的时间段内所述频段的频谱利用状况是否稳定。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
预处理单元，用于对所述测量得到的频谱信号强度进行数据预处理，所述数据预处理包括去除噪声数据、去除无关数据或者去除空缺值。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取单元包括：
划分子单元，用于将所述预设时间段内所述频段的频谱利用率序列划分为L个子区间，其中，所述N为所述频段的信道总数；
第一计算子单元，用于根据计算所述预设时间段内所述频段的频谱利用率序列的熵，其中，所述为所述频谱利用率的序列落入第k个区间内的个数。
9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述输出单元具体用于：
通过matlab仿真输出所述预设时间段内所述频谱利用率序列的熵。
10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述生成单元包括：
判定子单元，用于根据所述单位时间内每次测量得到的每个所述信道的频谱信号强度判定该信道是否被占用；
第二计算子单元，用于根据每个所述信道的占用状态，计算出所述预设时间段内所述频段内每个所述信道的频谱利用率；
生成子单元，用于将计算出的所述频谱利用率进行归一化处理后，生成所述预设时间段内所述频段的频谱利用率序列。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Application publication date: 20150902 Assignee: Shenzhen Zhikong Yunhai Technology Co.,Ltd. Assignor: SHENZHEN INSTITUTES OF ADVANCED TECHNOLOGY CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Contract record no.: X2023980043398 Denomination of invention: A processing method and device for spectrum utilization efficiency Granted publication date: 20170804 License type: Common License Record date: 20231013 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20150902 Assignee: Shenzhen Future Industry Center Co.,Ltd. Assignor: SHENZHEN INSTITUTES OF ADVANCED TECHNOLOGY CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Contract record no.: X2023980043923 Denomination of invention: A processing method and device for spectrum utilization efficiency Granted publication date: 20170804 License type: Common License Record date: 20231020 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |