CN105324950A - 协作频谱感知方法和车载无线通信设备 - Google Patents

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Abstract

考虑到移动环境中由多径衰落和阴影衰落引起的衰落地实现高效频谱感知。由多个车载无线通信设备进行的协作频谱感知方法包括：去相关时间获取步骤，用于获取第一去相关时间和第二去相关时间，第一去相关时间是其中使起因于多径衰落的信道波动去相关的时间间隔，第二去相关时间是其中使起因于阴影衰落的信道波动去相关的时间间隔；感知步骤，用于按等于或大于第一去相关时间的时间间隔，反复进行感知；通知步骤，用于按等于或大于第二去相关时间的时间间隔，无线传送多个最近的感知结果；和判定步骤，用于根据从多个车载无线通信设备传送的多个感知结果，判定信道的状态。

Description

协作频谱感知方法和车载无线通信设备
技术领域
本发明涉及协作频谱感知。
背景技术
利用车辆间通信的应用的研发已获得重大进步。由于能够实现借助车辆间通信使各种协作成为可能的ITS(智能运输系统)应用，因此预期车辆间通信的作用在未来会变得日益重要。不过，问题在于分配给车辆间通信的频率资源不足，不存在足以实现ITS应用的通信频带。
作为解决上述问题的手段，研究了认知无线电的利用。认知无线电是一种提高无线通信设备识别和确认周围的无线电环境，并自适应地变更用于无线通信的频率或无线方式的频率的利用效率的技术。在车辆间通信中，考虑了利用在未使用的空频率下进行通信的频谱感知认知无线电的方法。特别地，考虑了其中非授权用户(次用户)利用分配给授权用户(主用户)、但实际未被授权用户使用的频率的形式。这种频率被称为可二次使用频率或白空间。
进行频谱感知的方法被用于检测白空间。在如在车辆等中实现的移动状况下，车辆的移动伴随有显著的信道波动。于是，需要进行自适应感知的技术。当一台车辆被多次感知，或者多台车辆被同时感知(这种情况下，测量之间存在相关性)时，不能获得分集效果。专利文献1提出通过利用时间分集、空间分集或它们的组合来提高感知精度。
信道波动(衰落)由两个原因引起，即，多径衰落和阴影衰落。多径衰落是持续较短的时间，按较小的距离尺度发生的现象，而阴影衰落是持续较长的时间，按较大的距离尺度发生的现象。在协作频谱感知中，大多数研究只考虑阴影衰落(非专利文献1-3)，或者只考虑多径衰落(非专利文献4和5)。在非专利文献6中，考虑了多径衰落和阴影衰落二者，不过假定传感器在固定节点中，并且系统不能直接用在移动环境中。
引文列表
专利文献
PTL1：PCT申请No.2002-512746的日语翻译
非专利文献
NPL1：Ghasemi,Amir和ElvinoS.Sousa，“Asymptoticperformanceofcollaborativespectrumsensingundercorrelatedlog-normalshadowing”，CommunicationsLetters,IEEE11.1(2007):34-36
NPL2：Min,AlexanderW.和KangG.Shin，“Impactofmobilityonspectrumsensingincognitiveradionetworks”，Proceedingsofthe2009ACMworkshoponCognitiveradionetworks.ACM,2009
NPL3：DiFelice，Marco，KaushikRoyChowdhury和LucianoBononi，“Cooperativespectrummanagementincognitivevehicularadhocnetworks”，VehicularNetworkingConference(VNC),2011IEEE.IEEE,2011
NPL4：Wang,XiaoYu和Pin-HanHo，“AnovelsensingcoordinationframeworkforCR-VANETs”，VehicularTechnology,IEEETransactionson59.4(2010):1936-1948
NPL5：Herath,S.P.,N.Rajatheva和C.Tellambura，“Energydetectionofunknownsignalsinfadinganddiversityreception”，Communications,IEEETransactionson59.9(2011):2443-2453
NPL6：Mishra,S.M.；Sahai,A.；Brodersen,R.W.，“CooperativeSensingamongCognitiveRadios”，Communications,2006.ICC'06.IEEEInternationalConferenceon,vol.4,no.,pp.1658,1663,June2006
发明内容
如上所述，迄今未研究考虑多径衰落和阴影衰落两者地进行协作频谱感知的方法。特别地，未进行考虑移动环境中的这两种衰落的研究。
因而，本发明的目的是提供一种考虑到移动环境中由多径衰落和阴影衰落引起的衰落的协作频谱感知技术，从而能够实现高效率的频谱感知。
本发明提供由多个车载无线通信设备进行的协作频谱感知方法，包括：
去相关时间获取步骤，其中各个车载无线通信设备获取第一去相关时间(多径相干时间)和第二去相关时间(遮蔽去相关时间)，第一去相关时间是其中使起因于多径衰落的信道波动去相关的时间间隔，第二去相关时间是其中使起因于阴影衰落的信道波动去相关的时间间隔；
感知步骤，其中各个车载无线通信设备按等于或大于第一去相关时间的时间间隔，反复进行感知；
通知步骤，其中各个车载无线通信设备按等于或大于第二去相关时间的时间间隔，进行多个最近的感知结果的无线传送；和
判定步骤，其中至少所述多个车载无线通信设备任意之一根据从多个车载无线通信设备传送的多个感知结果，判定信道的状态。
去相关时间是其中当进行多个频谱感知操作时，在隔开其时间间隔的定时处进行测量的情况下，可预期测量结果不相关的时间。这种情况下，信道波动通常归因于两个原因，即，多径衰落和阴影衰落。多径衰落是由多径引起的波动，是时间和空间尺度较小(约1/2波长)的现象。同时，阴影衰落是由建筑物等遮蔽和反射电磁波引起的波动，是时间和空间尺度较大(约数十到数百米)的现象。在本发明中，获取多径衰落的去相关时间(第一去相关时间)和阴影衰落的去相关时间(第二去相关时间)，以考虑多径衰落和阴影衰落二者。下面，多径衰落的去相关时间也被称为多径相干时间，阴影衰落的去相关时间也被称为遮蔽去相关时间。
可以实现获取去相关时间的任意方法。例如，可以根据去相关距离和车载无线通信设备的移动速度，判定去相关时间。如这里所指，去相关距离是当进行多个频谱感知操作时，在隔开其距离间隔的位置处进行测量的情况下，可预期测量结果不相关的距离。在本发明中，可对于每种位置类别，预先存储多径衰落的去相关距离(第一去相关距离)和阴影衰落的去相关距离(第二去相关距离)。位置类别的例子包括市区、近郊区和郊区。类别的数目显然可以大于3。车载无线通信设备可根据存储每个位置的类别的地图信息和当前位置信息，获取当前位置的类别，随后根据获取的类别，可以判定去相关距离。替代地，车载无线通信设备可拍摄车辆周围环境的图像，通过图像分析获取当前位置的类别，并根据获取的类别判定去相关距离。优选位置信息和图像信息的结合。通过把去相关距离除以车载无线通信设备的移动速度，可以获得去相关时间。
各个车载无线通信设备按等于或大于第一去相关时间(多径相干时间)的时间间隔，反复进行感知，从而进行使多径衰落的影响相互去相关的多个测量。从而，从所述多个测量获得分集效果，并且测量精度对应于测量的数目地增大。从测量精度的观点看，最好感知间隔等于或大于第一去相关时间，另外尽可能短。不过，考虑到通信效率，测量间隔也可大于第一去相关时间。
车载无线通信设备按等于或大于第二去相关时间(遮蔽去相关时间)的间隔，向周围无线传送多个最近的感知结果。结果，根据多个车载无线通信设备获得的感知结果，能够判定信道状态。这种情况下，由于感知结果的传送间隔被设定成等于或大于第二去相关时间，因此使车载无线通信设备的测量结果中的阴影衰落的影响去相关。于是，获得分集效果，并且测量精度被提高。在传送多个感知结果的情况下，可以单独地传送各个感知结果，或者可传送通过组合多个感知结果而获得的结果。
当信道状态被判定时，可以利用任意方法根据多个感知结果，判定是否存在主用户。例如，在即使对于多个感知结果之一，检测到主用户无线电波的情况下，也可判定该信道被主用户使用。在多个感知结果之中，在预定或更大数目的测量中或预定或更高比例的测量中检测到主用户无线电波的信道也可被判定为被主用户使用。
最好在所有车载无线通信设备中，同步进行感知。从而，最好所有车载无线通信设备在感知时期内进行感知，并且所有车载无线通信设备在通信时期内进行通信。为了实现这样的特征，在所有车载无线通信设备中，应使用相同的去相关时间。在本发明中，最好将通过把第一和第二去相关距离除以多个车载无线通信设备的移动速度之中的最低移动速度而获得的值用作第一和第二去相关时间。
此外，在按照本发明的通知步骤中，不是所有的车载无线通信设备都必须向周围传送感知结果。例如，多个车载无线通信设备之中的彼此隔开第二去相关距离(遮蔽去相关距离)或更大距离的车载无线通信设备可向周围传送感知结果。由于在第二去相关距离内的感知结果明显相关，因此在隔开第二去相关距离或更大距离的车载无线通信设备传送感知结果的情况下，能够减小通信量，而不降低精度。
为了判定车载无线通信设备之间的距离，必须在车载无线通信设备之间交换位置信息。可以通过任意方式进行位置信息的交换。例如，车载无线通信设备显然可通过定期广播，通知其位置和移动速度。根据关于车载无线通信设备的位置信息，能够判定传送感知结果的节点。例如，来自由多个车载无线通信设备构成的车队中的先导设备被判定为传送节点，而与判定为传送节点的节点隔开第二去相关距离或更大距离的最近车载无线通信设备被判定为下一个传送节点。通过重复这种处理，能够判定所有的传送节点。
此外，所有车载无线通信设备可在按照本发明的通知步骤中传送感知结果，并且可通过利用从一些车载无线通信设备传送的感知结果，在判定步骤中判定信道状态。这种情况下，最好利用由多个车载无线通信设备之中的彼此隔开第二去相关距离或更大距离的车载无线通信设备传送的感知结果，判定信道状态。可通过从周围的车载无线通信设备接收位置信息的通知，按照和上面所述相同的方式进行这种判定。
本发明也可被理解成涉及一种执行至少一些上述处理操作的协作频谱感知方法。本发明还可被理解成涉及一种包括执行至少一些上述处理操作的装置的车载无线通信设备。此外，本发明还可被理解成涉及一种使计算机执行上述方法的计算机程序。通过在各种可能的组合中，组合上述装置和处理操作，可以构成本发明。
按照本发明，能够实现高效的协作频谱感知。
附图说明
图1示意地表示本实施例中的协作频谱感知的算法。
图2是按照本实施例的车载无线通信设备(车载终端)的功能方框图。
图3表示存储在去相关距离存储单元中的表格的例子。
图4是表示由车载无线通信设备进行的感知间隔判定处理的流程的流程图。
图5是表示由车载无线通信设备进行的传送节点判定处理的流程的流程图。
图6表示判定为传送节点的车载无线通信设备的例子。
图7是表示由车载无线通信设备进行的感知处理的流程的流程图。
图8是表示由车载无线通信设备进行的信道状态判定处理的流程的流程图。
图9是说明表示由车载无线通信设备进行的信道状态判定处理的变形例的流程的流程图。
具体实施方式
<系统概况>
本发明的实施例是由通过利用白空间进行通信的多个车载无线通信设备(车载设备)构成的无线通信系统(车辆无线通信系统)。这里所称的白空间是不被主用户使用的频率。作为次用户，车载设备利用在不干扰主用户的范围内的白空间。在车载设备感知信道，并且该信道未被主用户使用的情况下，车载设备通过利用该频率进行无线通信。即使在进行无线通信期间，也必须定期感知主用户是否利用该频率，并且一旦感知到主用户对所述频率的利用，就立即停止在该频率处的无线通信。通过组合在感知期间每个车载无线通信设备在多个循环中获得的感知结果，或者通过组合多个车载无线通信设备获得的感知结果，获得分集效果，并且感知精度被提高。
预期测量精度会随着感知循环的数目的增大而提高，不过当测量的时间或位置间隔较小时，多个测量互相关，这不一定有助于提高测量精度。于是，应考虑到测量之间的这种相关性，使用适当的感知算法。
<信道波动的原因>
在移动通信中，无线电波从多个方向到达接收天线。于是，在无线电波被移动接收器接收的情况下，归因于无线电波的干扰，接收功率极大地变化。这种现象被称为“衰落”。几个因素会导致衰落，不过它们之中较强的因素是多径衰落和阴影衰落。多径衰落是由于到达接收天线附近的无线电波被密集定位的反射物(建筑物或树木)反射和衍射，并通过多条路径存在时间差地被接收(多径接收)而发生的波动。多径衰落是按较小的尺度发生的现象。阴影衰落是由于无线电波被建筑物和地形起伏阻挡而发生的波动。阴影衰落是按较大的尺度发生的现象。
这里从去相关时间和去相关距离的观点，说明了多径衰落和阴影衰落的尺度。去相关时间是其中在隔开其时间间隔的定时处进行测量的情况下，可预期测量结果不相关的时间。去相关距离是当进行多个频谱感知操作时，在隔开其距离间隔的位置进行测量的情况下，可预期测量结果不相关的距离。更具体地，去相关时间(距离)可被定义为其中测量之间的相关系数等于或小于阈值(一般0.5)的时间(距离)。
衰落尺度随周围环境和频率而不同。在这里说明的例子中，设想具有大量高层建筑物的市区和700MHz的频率。在使用Rayleigh模型的情况下，可依据下式，利用最大多普勒频移fm，表示多径衰落的去相关时间(第一去相关时间、多径相干时间)Tc。这里，fc代表信道载频，v-车辆(车载无线通信设备)的移动速度，c-光速。
[式1]
T c = 0.423 f m
f m = v c f c
在fc＝700MHz和v＝40km/h的条件下，多径相干时间约为16ms，多径相干距离Dc＝(vTc)约为20cm。在移动速度v＝80km/h的情况下，多径相干时间Tc约为8ms，多径相干距离Dc约为40cm。
按照各种模型和实际测量结果，在上述条件下，阴影衰落的去相关距离(第二去相关距离，遮蔽去相关距离)Ds约为20m。于是，在移动速度为v＝40km/h的情况下，遮蔽去相关时间Ts(＝Ds/v)约为1800ms。在移动速度v＝80km/h的情况下，遮蔽去相关时间Ts约为900ms。
总结上述结果，其中使多径衰落和阴影衰落的影响去相关的去相关时间根据移动速度，按照以下方式变化。
[表1]
移动速度(km/h) 遮蔽去相关时间Ts(ms) 多径去相关时间Ts(ms)
40 1800 16.3
80 900 8.2
从而，在多径衰落和阴影衰落之间，现象规模极大不同。
<协作频谱感知算法的概要>
本发明提供一种考虑到如上所述，在尺度方面不同的多径衰落和阴影衰落两者的影响的高效协作频谱感知算法。下面说明该协作感知算法。
本发明利用时间分集处理小尺度的多径衰落，利用空间分集处理较大尺度的阴影衰落。
更具体地，在各个车载设备中，按等于或大于多径相干时间Tc(约10ms)的时间间隔，进行重复感知。结果，获得其中使多径衰落的影响去相关的测量结果。于是，获得时间分集效果。下面把在各个车载设备中进行的感知称为本地感知。
随后通过按等于或大于遮蔽去相关时间Ts(约1000ms)的时间间隔，组合本地感知结果，在车队中获得单一感知结果。这种情况下使用的仅仅是隔开等于或大于遮蔽去相关距离Ds的距离间隔的车载设备的本地感知结果。结果，能够获得有效的空间分集效果，同时抑制为通知本地感知结果所需的通信量。下面，本地感知结果的通知和基于本地感知结果的信道状态的判定也被称为协作处理，或者简单地称为协作。
下面参考图1，更详细地说明感知算法。图1表示实现本地感知时的定时和实现协作时的定时。
其中执行本地感知的时间的长度Td远远小于多径相干时间Tc(Td<<Tc)。结果，感知时期内的信道受非时变多径衰落影响，可被假定处于定常状态。由于在感知期间中不进行通信，因此该时期也被称为非通信时期(静默期)。
车载设备中的本地感知的执行时间间隔Ti大于多径相干时间Tc(Ti≥Tc)。这种情况下，可按照系统中必需的感知精度或者允许的开销，适当判定感知间隔Ti的取值。在感知间隔Ti取值等于多径相干时间Tc(Ti＝Tc)的情况下，通信吞吐量减小，不过能够精度更高地进行感知。优选以致在遮蔽去相关时间Ts内进行数次到几十次或者更多次的感知，另外也不是很长(例如，在100ms内)的感知间隔Ti。
当感知间隔被视为Ti时，在遮蔽去相关时间Ts内，能够执行总共N次本地感知操作。这种情况下，N是由以下的Floor函数表示的整数。
[式2]
车载设备组合N个感知结果，从而判定该时期内的信道状态。
按时间间隔Tcol进行协作。从而，按时间间隔Tcol，根据多个车载设备中的本地感知结果，以车队的形式进行信道状态判定。协作时间间隔Tcol等于或大于遮蔽去相关时间Ts(Tcol≥Ts)。这种情况下，可按照系统中要求的感知精度，和要求的信道状态的判定频率，适当判定协作间隔Tcol的取值。在协作间隔取值等于遮蔽去相关时间Ts(Tcol＝Ts)的情况下，通信吞吐量减小，不过允许更频繁的感知，并且可以立即感知主用户的使用开始。Tcol的上限值为以致满足要求的系统必需的信道状态判定频率的值(例如，1min)。
按协作间隔Tcol判定信道状态，即，信道是否被主用户使用。判定结果被传达给多个车载设备，并用于判定是否利用该信道进行作为次用户的通信。
<设备结构>
图2表示按照本实施例的车载无线通信设备(车载设备)100的功能方框图。车载设备100具有无线通信单元110、控制单元120和传感器130。控制单元120根据从传感器130获取的信息，控制感知的执行。无线通信单元110按控制单元120判定的间隔，执行本地感知和协作。控制单元120可通过由CPU或DSP执行程序来实现，或者可通过专用硬件电路实现。
传感器130包括GPS设备131、相机132、车速传感器133、周边车辆信息获取单元134和感知结果接收单元135。GPS设备131是根据来自GPS卫星的信号，获取车辆的当前位置的功能单元。为了提高位置信息获取的精度，最好进行利用陀螺仪或地图信息的校正。从GPS设备131获得的位置信息用于判定车辆当前所在的位置。相机132拍摄车辆周围。相机132拍摄的图像经历图像识别处理，并且用于判定车辆当前所在的位置。车速传感器133感测车辆的移动速度。周边车辆信息获取单元134是通过无线通信，从周围的车载设备获取诸如位置信息、移动速度和移动方向之类信息的功能单元。感知结果接收单元135是从周围的车载设备获取本地感知的结果的功能单元。周边车辆信息获取单元134和感知结果接收单元135通过无线通信单元110，获取这些种类的信息。
控制单元120具有地理类别获取单元121、去相关距离存储单元122、感知间隔判定单元125、感知结果传送节点判定单元127、感知结果传送单元128和信道状态判定单元129。
地理类别获取单元121是根据从GPS设备131或相机132获取的信息，获取车辆所在的位置的类别(分类)的功能单元。地理类别获取单元121存储包括每个位置的类别的地图信息，并且根据从GPS设备131获取的位置信息，获取当前位置的类别。地理类别获取单元121也可通过对通过相机132拍摄的图像进行诸如模式识别之类的图像识别处理，来获取当前位置的类别。
这种情况下，可适当设计每种位置类别的基准。不过，最好采用在单一类别中，多径衰落和阴影衰落的去相关距离大约相同的分类。在只根据位置信息判定地理类别的情况下，可以考虑采用市区、近郊区和郊区的分类。替代地，在更详细的分类中，可以采用诸如高层建筑物地带、高速公路地带、山区地带和平原地带之类的类别。当地理类别获取单元121通过分析利用相机132获得的图像来获取地理类别时，根据周围的风景获取所述类别。例如，在图像中存在大量高层建筑物的情况下，该区域被归入高层建筑物地带中，而在周围环境开阔的情况下，该区域被归入平原地带中。在使用相机132的情况下，即使当对于各个位置未预先存储详细的类别分类时，也能够进行详细的归类。诸如交通拥堵之类随着时间而变化的分类也可用于类别。
去相关距离存储单元122存储每种位置类别的多径衰落和阴影衰落的去相关距离。这里所称的去相关距离是假定在设定等于该距离的间隔的情况下，使由多径衰落或阴影衰落引起的波动去相关的距离。在本实施例中，按照以下方式定义去相关距离。从而，去相关距离是以致当在隔开该距离或更大距离的位置(同时)进行测量时获得的测量结果的归一化自相关等于或小于0.5的距离。
存储在去相关距离存储单元122中的去相关距离可用目前可用的技术判定。例如，对于每种位置类别，可以创建适当的模型，以计算去相关距离。替代地，可根据实际测量，判定每种位置类别的去相关距离。
图3表示去相关距离存储单元122的表格的例子。如图3中所示，对于每种位置类别，存储多径衰落的去相关距离Dc和阴影衰落的去相关距离Ds。对于地理类别，使用3个大的分类组，即，市区、近郊区和郊区，以及更细的分类组。
感知间隔判定单元125判定感知单元113进行的本地感知的执行间隔Ti，和感知结果传送单元128执行的协作的执行间隔Tcol。这里所称的本地感知间隔Ti是从在进行一次频谱感知之后，到进行下一次频谱感知为止的间隔。本地感知间隔Ti可被判定为Ti＝Dc/v，其中Dc是当前位置的多径相干距离，v是车载设备的移动速度。这里所称的协作的执行间隔Tcol是从进行一次协作之后，到进行下一次协作为止的间隔。协作的执行间隔Tcol可被判定为Tcol＝Ds/v，其中Ds是当前位置的遮蔽去相关距离，v是车载设备的移动速度。
这里，在所有车载设备中，其中进行本地感知的时期(即，传送停止时期)和其中进行协作的时期最好相同。从而，在所有车载设备中，本地感知间隔Ti和协作间隔Tcol最好具有相同的值。在本实施例中，根据多个车载设备之中的最慢车载设备的移动速度，判定本地感知间隔Ti和协作间隔Tcol。为此，从周边车辆信息获取单元134获取的周围移动速度(车速)之中的最慢速度被视为v，本地感知间隔Ti被判定为Ti＝Dc/v，协作间隔Tcol被判定为Tcol＝Ds/v。可在每辆车中判定本地感知间隔Ti和协作间隔Tcol，或者可在某个特定的车载设备(例如，控制车队的车载设备(控制节点))中，判定本地感知间隔Ti和协作间隔Tcol，并且可把判定的间隔通知其它车载设备。这种情况下，最好可在所述特定的车载设备中收集各个车载设备获得的关于位置类别的测量结果，并且在该车载设备中判定位置类别。
感知结果传送节点判定单元127是判定协作中的传送本地感知结果的节点的功能单元。如上所述，通过使传送本地感知结果的节点彼此隔开遮蔽去相关距离Ds或更大的距离，可以实现有效的空间分集。感知结果传送节点判定单元127从周边车辆信息获取单元134获取各个车辆的位置信息，以便判定各个车载设备的位置。最初，多个车载设备(车队)之中的先导车载设备被判定为传送节点。随后，与已被判定为传送节点的节点隔开感知去相关距离Ds或更大距离的车载设备之中的最近的车载设备被判定为传送节点。通过重复这样的判定处理直到到达最后方的车载设备为止，可以判定传送本地感知结果的节点。在上面的说明中，最初把先导车辆判定为传送节点，随后沿向后的方向判定其它传送节点，不过也可把最后方的车辆判定为传送节点，随后沿向前的方向判定其它传送节点，或者把车队中的任意车辆(例如，控制节点)判定为传送节点，随后沿向前和向后方向判定其它传送节点。
感知结果传送单元128是在协作执行定时传送多个最近的本地感知结果的功能单元。可按任意表现形式地传送多个本地感知结果。例如，可以传送在多次感知操作中已经感知到主用户的次数，或者可以传送根据多个感知操作是否存在主用户。
信道状态判定单元129根据从周围的车载设备传送的本地感知结果，判定信道的状态。可根据多个本地感知结果，用任意方式判定信道状态。例如，在各个单独感知是硬判定的情况下，对于本地感知结果，可以使用或判定、与判定和阈值判定(例如，多数决定法)。同时，当各个单独感知是软判定时，对于本地感知结果，可以使用选择合并、等增益合并(EGC)、最大比合并(MRC)和似然比检验(LRT)。
信道状态判定单元129通过利用无线通信单元110，把判定结果传送给其它车载设备。当信道被主用户使用时，应立即停止次用户对所述信道的使用。并非总是必须在所有车载设备中都设置信道状态判定单元129。从而，只要在进行信道状态判定处理的车载设备中设置该单元就足够了。相反，可在所有车载设备中都设置信道状态判定单元129。这种情况下，不必把信道状态判定结果传送给其它车载设备。
在控制单元120设定的定时处，感知单元113进行关于主用户是否正在利用该信道的感知。可以使用任意感知算法，按照用于检测的无线通信方式，通过能量检测、小波分解技术、导频音感知、基于本征值的感知、特征检测和匹配滤波方法，可以判定频率是否正被使用。
当进行协作时，感知单元113进行多次感知操作。每个感知的判定可以是硬判定或软判定。基于多个感知结果的本地感知的结果也可以是硬判定或软判定。当使用硬判定时，通过或判定、与判定和阈值判定来判定主用户的存在。在软判定的情况下，判定主用户存在的概率。在软判定的情况下，最好根据接收信号强度或SNR，进一步增强判定的可靠性。
<方法>
下面参考附图，说明由按照本实施例的车载无线通信设备100进行的协作感知方法。所述说明以每个位置类别的去相关距离已被预先存储在去相关距离存储单元122中的假设为基础。
(感知间隔判定处理)
图4是表示感知间隔判定处理的流程的流程图。在这里说明的系统中，多个车载设备之一判定感知间隔，并把该感知间隔通知其它车载设备。判定感知间隔的车载设备被称为控制节点，而其它车载设备被称为一般节点。控制节点可以和进行车队控制的节点相同或不同。
一般节点从各个GPS设备131获取位置信息，并从相机132拍摄车辆周围的图像(S101)。地理类别获取单元121根据获得的位置信息和车辆周围的图像，判定当前位置的类别(S103)。从车速传感器133获取车辆的移动速度(车速)(S105)。一般节点把在步骤S103中判定的当前位置的类别，和在步骤S105中获取的车速传送给控制节点(S107)。
控制节点通过周边车辆信息获取单元134，获取从一般节点传送的位置类别和车速(S109)。控制节点的感知间隔判定单元125根据从一般节点传送的位置类别，和从主节点的地理类别获取单元121获取的位置类别，判定当前位置的类别。从去相关距离存储单元122获得与判定的类别对应的多径相干距离Dc和遮蔽去相关距离Ds(S111)。例如，对于判定地理类别来说，可以考虑按照多数决定法判定类别的方法。
控制节点的感知间隔判定单元125获取从一般节点传送的车速和主节点的车速之中的最慢车速(该速度用v表示)(S113)。随后根据车速v及多径衰落和阴影衰落的去相关距离，计算多径衰落和阴影衰落的去相关时间(S115)。从而，多径相干时间Tc被判定为Tc＝Dc/v，而遮蔽去相关时间Ds被判定为Ds＝Ts/v。
感知间隔判定单元125把协作间隔Tcol判定为遮蔽去相关时间Ts(S117)。不过，Tcol并非总是必须等于Ts，也可使用更长的时间。根据应进行信道判定的时间，判定Tcol的上限值。例如，当必须每分钟进行至少一次信道判定时，Tcol的上限值为1分钟(60秒)。
感知间隔判定单元125随后根据协作间隔Tcol，判定本地感知间隔Ti。从而，整数N被视为N＝Floor(Ts/Tc)，本地感知间隔被判定为Ti＝Tcol/N。这里，Floor是地板函数。利用这种判定，条件Ti≥Ts被满足。
控制节点的感知间隔判定单元125把在按上述方式判定的协作间隔Tcol和本地感知间隔Ti传送给周围的节点(S121)。一般节点从控制节点接收协作间隔Tcol和本地感知间隔Ti，之后利用这些值实现感知处理(S123)。
可在任意定时，进行图4中所示的感知间隔判定处理。由于周围环境随着车队的移动和时间的过去而变化，因此最好定期进行感知间隔判定处理。此外，控制节点也可只根据主节点获取的关于拍摄图像的位置信息，判定当前位置类别，而不利用从一般节点到控制节点的位置信息和拍摄图像的传送。
(传送节点判定处理)
下面参考图5，说明判定向周围传送本地感知结果的节点的处理(传送节点判定处理)。控制节点通过周边车辆信息获取单元134，获取从一般节点传送的位置信息(S201)。结果，能够判定由一般节点和控制节点构成的车辆的位置关系。
感知结果传送节点判定单元127最初把置于车队的先导车辆中的车载设备判定为传送节点(S203)。随后，在已被判定为传送节点的车载设备之后，位于遮蔽去相关距离Ds或更大距离之处的车载设备中的距离最短的车载设备被判定为传送节点(S205)。当在该节点之后存在车载设备时(S207-是)，重复执行步骤S205的处理。一旦对于车队的所有车辆都已完成传送节点判定处理，控制节点就把判定的传送节点通知周围的车载设备(S209)。
在这样判定传送节点的情况下，传送节点间隔变成至少等于或大于遮蔽去相关距离Ds，如图6中所示。
可在任何定时，进行上述传送节点判定处理。车队中的位置关系时时变化。于是，最好定期进行传送节点判定处理。
(本地感知处理)
下面参考图7，说明由各个车载设备实现的本地感知处理。最初，当自前次感知以来，本地感知间隔Ti已过去时(S301-是)，感知单元113执行本地感知(S303)。同时，当自前次感知以来，本地感知间隔Ti未过去时(S301-否)，进行通信，倘若主用户未进行通信的话(流程图中未图示该处理)。本地感知结果被临时保存在存储器中(S305)。这种情况下，判定自前次协作以来是否已过去协作间隔Tcol(S307)。当协作间隔还未过去时(S307-否)，处理流程返回步骤S301。当自前次协作以来，协作间隔Tcol已过去时(S307-是)，根据N个(N＝Floor(Ts/Tc))最近的感知结果判定本地感知的结果。从所述N个感知结果，可以得到任意本地感知结果。例如，当主用户被感知预定次数或更大次数(N次)时，信道可被判定为被主用户使用。当主节点被指定为本地感知结果传送节点时(S311-是)，无线传送本地感知结果(S313)。
由于传送本地感知结果的节点仅仅是被指定为传送节点的节点，因此也可只有当主节点被指定为传送节点时，才执行本地感知。
(信道状态判定处理)
下面参考图8，说明根据多个本地感知结果进行的信道状态判定处理。该处理可由车队中的任意车载设备进行。例如，该处理由控制节点执行。替代地，信道状态判定处理可由除车载无线通信设备外的设备(比如路侧单元)执行。
信道状态判定单元129通过感知结果接收单元135，从本地感知结果传送节点接收本地感知结果(S401)。随后通过组合多个接收的本地感知结果和主节点中的本地感知结果，判定信道状态(S403)。可以利用任意判定标准。例如，当在多个本地感知结果中，预定次数或更大次数地感知到主用户的存在时，判定信道被主用户使用。信道状态判定单元129通过无线通信单元110，把上述判定结果传送给周围的车辆(S405)。当主用户已利用该信道开始通信时，车载设备被立即告知该情况，并且作为次用户的车载设备对该信道的使用被立即停止。
<效果>
按照本实施例，当多个车载设备进行协作频谱感知时，有效地利用时间分集和空间分集。于是，能够进行精确的频谱感知，同时抑制感知循环的数目和感知结果的传送循环的数目。
<变形例>
在上面的说明中，判定将传送本地感知结果的节点，只使判定的节点传送本地感知结果。不过，所有节点可传送本地感知结果，以在判定信道状态的节点中，判定来自其的本地感知结果将被使用的节点。这种情况下，感知结果传送节点判定单元127和传送节点判定处理(图5)是不必要的，信道状态判定单元129改为进行以下处理。
下面参考图9中所示的流程图，说明在变形例中，由信道状态判定单元129进行的处理。首先，信道状态判定单元129从各个车载设备接收本地感知结果(S501)。随后，获取各个车载设备的位置信息(S503)。本地感知结果和位置信息可被单独传送，不过它们最好被同时传送。由于根据位置信息可判定车载设备的位置关系，因此信道状态判定单元129决定通过利用先导车载设备的本地感知结果来判定信道状态(S505)。这里，把本地感知结果用于信道状态判定的车载设备被称为代表节点。随后，信道状态判定单元129把在已被判定为传送节点的车载设备之后，位于遮蔽去相关距离Ds或更大距离之处的车载设备中的距离最短的车载设备判定为代表节点(S507)。只要在该节点之后存在车载设备(S509-是)，就重复执行步骤S507的处理。一旦对于整个车队完成了代表节点判定处理，就根据代表节点的本地感知结果，判定信道状态(S511)，并且判定结果被传送给周围的车载设备(S513)。
在代表节点判定中，最后方的车辆可被判定为代表节点，并且可沿向前的方向判定其它代表节点，或者车队中的任意车辆(例如，控制节点)可被判定为代表节点，并且可沿向前和向后的方向判定其它代表节点。
这样，可利用多个去相关的感知结果来判定信道状态，于是，判定精度被提高。此外，当能够省略判定本地感知结果传送节点的处理和通知其结果的处理时，可获得良好的效率。
附图标记列表
100车载无线通信设备
110无线通信单元
113感知单元
120控制单元
121地理类别获取单元
122去相关距离存储单元
125感知间隔判定单元
127感知结果传送节点判定单元
128感知结果传输单元
129信道状态判定单元
130传感器
131GPS设备
132相机
133车速传感器
134周边车辆信息获取单元
135感知结果接收单元

Claims (15)

1.一种由多个车载无线通信设备进行的协作频谱感知方法，所述方法包括：
去相关时间获取步骤，其中各个车载无线通信设备获取第一去相关时间和第二去相关时间，所述第一去相关时间是其中使起因于多径衰落的信道波动去相关的时间间隔，所述第二去相关时间是其中使起因于阴影衰落的信道波动去相关的时间间隔；
感知步骤，其中各个车载无线通信设备按等于或大于第一去相关时间的时间间隔，反复进行感知；
通知步骤，其中各个车载无线通信设备按等于或大于第二去相关时间的时间间隔，进行多个最近的感知结果的无线传送；和
判定步骤，其中所述多个车载无线通信设备至少任意之一根据从多个车载无线通信设备传送的多个感知结果，判定信道的状态。
2.按照权利要求1所述的协作频谱感知方法，其中
感知步骤中的感知由多个车载无线通信设备同步进行。
3.按照权利要求2所述的协作频谱感知方法，还包括
去相关距离获取步骤，用于获取第一去相关距离和第二去相关距离，所述第一去相关距离是使起因于多径衰落的信道波动去相关的距离，所述第二去相关距离是使起因于阴影衰落的信道波动去相关的距离，其中
在去相关距离获取步骤中，通过把获取的第一去相关距离和第二去相关距离除以多个车载无线通信设备的移动速度之中的最慢移动速度，计算第一去相关时间和第二去相关时间。
4.按照权利要求3所述的协作频谱感知方法，还包括：
存储步骤，用于存储各个位置类别的第一去相关距离和第二去相关距离；和
环境识别步骤，用于获取关于车载无线通信设备的位置信息或其周围图像，并根据获取的位置信息或周围图像，判定车载无线通信设备所位于的位置的类别，其中
在去相关距离获取步骤中，根据在环境识别步骤中识别的位置的类别，和在存储步骤中存储的各个位置类别的第一去相关距离和第二去相关距离，获取车载无线通信设备所位于的位置的第一去相关距离和第二去相关距离。
5.按照权利要求1-4任意之一所述的协作频谱感知方法，其中
在通知步骤中，从多个车载无线通信设备之中的彼此隔开第二去相关距离或更大距离的车载无线通信设备传送感知结果。
6.按照权利要求5所述的协作频谱感知方法，还包括：
位置信息通知步骤，用于向周围通知关于车载无线通信设备的位置信息；和
传送节点判定步骤，用于根据在位置信息通知步骤中通知的关于多个车载无线通信设备的位置信息，判定在通知步骤中传送感知结果的车载无线通信设备。
7.按照权利要求6所述的协作频谱感知方法，其中
传送节点判定步骤涉及：
把多个车载无线通信设备之中的先导车载无线通信设备判定为传送感知结果的车载无线通信设备，和
反复把与被判定为传送感知结果的车载无线通信设备隔开第二去相关距离或更大距离的最近车载无线通信设备，判定为传送感知结果的车载无线通信设备。
8.按照权利要求1-4任意之一所述的协作频谱感知方法，其中
在通知步骤中，所有的多个车载无线通信设备都传送感知结果，和
在判定步骤中，利用从多个车载无线通信设备之中的彼此隔开第二去相关距离或更大距离的车载无线通信设备传送的感知结果，判定信道状态。
9.按照权利要求8所述的协作频谱感知方法，还包括：
位置信息通知步骤，用于向周围通知关于车载无线通信设备的位置信息，其中
在判定步骤中，根据在位置信息通知步骤中通知的关于多个车载无线通信设备的位置信息，判定哪个车载无线通信设备的感知结果将被用于判定信道状态。
10.一种组成由执行协作频谱感知的多个车载无线通信设备构成的无线通信系统的车载无线通信设备，
车载无线通信设备包括：
去相关时间获取装置，用于获取第一去相关时间和第二去相关时间，第一去相关时间是其中使起因于多径衰落的信道波动去相关的时间间隔，第二去相关时间是其中使起因于阴影衰落的信道波动去相关的时间间隔；
感知装置，用于按等于或大于第一去相关时间的时间间隔，进行反复感知；
感知结果通知装置，用于按等于或大于第二去相关时间的时间间隔，进行多个最近的感知结果的无线传送；和
信道状态判定装置，用于根据从多个车载无线通信设备传送的多个感知结果，判定信道的状态。
11.按照权利要求10所述的车载无线通信设备，还包括
去相关距离获取装置，用于获取第一去相关距离和第二去相关距离，所述第一去相关距离是使起因于多径衰落的信道波动去相关的距离，所述第二去相关距离是使起因于阴影衰落的信道波动去相关的距离，其中
利用去相关距离获取装置，通过把获取的第一去相关距离和第二去相关距离除以多个车载无线通信设备的移动速度之中的最慢移动速度，计算第一去相关时间和第二去相关时间。
12.按照权利要求11所述的车载无线通信设备，还包括：
去相关距离存储装置，用于存储各个位置类别的第一去相关距离和第二去相关距离；和
环境识别装置，用于获取关于车载无线通信设备的位置信息或其周围图像，并根据获取的位置信息或周围图像，判定车载无线通信设备所位于的位置的类别，其中
去相关距离获取装置根据环境识别装置识别的位置的类别和存储在去相关距离存储装置中的各个位置类别的第一去相关距离和第二去相关距离，获取车载无线通信设备所位于的位置的第一去相关距离和第二去相关距离。
13.按照权利要求10-12任意之一所述的车载无线通信设备，还包括：
周边车辆信息获取装置，用于获取关于其它车载无线通信设备的位置信息；和
传送节点判定装置，用于根据周边车辆信息获取装置获取的关于多个车载无线通信设备的位置信息，判定传送多个感知结果的车载无线通信设备。
14.按照权利要求13所述的车载无线通信设备，其中
传送节点判定装置把多个车载无线通信设备之中的先导车载无线通信设备判定为传送感知结果的车载无线通信设备，和
反复把与被判定为传送感知结果的车载无线通信设备隔开第二去相关距离或更大距离的最近车载无线通信设备，判定为传送感知结果的车载无线通信设备。
15.按照权利要求10-12任意之一所述的车载无线通信设备，还包括：
周边车辆信息获取装置，用于获取关于其它车载无线通信设备的位置信息，其中
信道状态判定装置通过利用从多个车载无线通信设备之中的彼此隔开第二去相关距离或更大距离的车载无线通信设备传送的感知结果，判定信道状态。
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