CN105933260A - 频谱接入方法和频谱接入系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种频谱接入方法和频谱接入系统之中，所述频谱接入方法包括：获取信道在t时隙的使用状态以及在t+1时隙的空闲概率，所述使用状态包括空闲状态或者繁忙状态，t为自然数；根据所述空闲概率形成可用信道集合；根据所述空闲概率和所述使用状态计算所述可用信道集合之中的可用信道对应的可用性指标值；接入可用性指标值最大的可用信道。本发明提供的技术方案通过考虑信道将来的可能使用状态，选择可用性最优的信道接入，从而降低了主用户与次用户发生冲突的可能性。因此，本发明提供的技术方案能够更有效地预测频谱空洞，有效降低了主用户与次用户之间的冲突，提高了物联网场景下频谱的利用率。

Description

频谱接入方法和频谱接入系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种频谱接入方法和频谱接入系统。

背景技术

在认知无线电技术的发展过程之中，频谱接入技术起着非常重要的作用，它是提高认知无线电系统的频谱利用率的核心技术。频谱接入技术是实现次用户伺机使用主用户共享频谱进行无线通信的关键技术之一，也是次用户节点之间进行数据传输的前提。因此，是否接入以及如何接入空闲频谱的问题，是现阶段频谱接入技术的研究重点。

传统的频谱接入技术之中，次用户单独或者次用户之间协调检测频谱，根据主用户的状态重新配置自己的工作参数以使用主用户的空闲频谱。这种频谱接入方式是根据当前主用户的信道状态做出的，属于触发型，称为被动式频谱接入方式。当检测到主用户再次出现时，次用户必须立即停止使用主用户的授权频谱，让出授权频谱并寻找其它的频谱机会接入。现有的频谱接入技术没有考虑频谱未来的可用性，只对当前的信道状态做出反应，因此容易导致次用户与主用户之间发生冲突。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种频谱接入方法和频谱接入系统，至少部分解决现有的频谱接入技术没有考虑频谱未来的可用性，只对当前的信道状态做出反应，导致次用户与主用户之间发生冲突的问题。

为此，本发明提供一种频谱接入方法，包括：

获取信道在t时隙的使用状态以及在t+1时隙的空闲概率，所述使用状态包括空闲状态或者繁忙状态，t为自然数；

根据所述空闲概率形成可用信道集合；

根据所述空闲概率和所述使用状态计算所述可用信道集合之中的可用信道对应的可用性指标值；

接入可用性指标值最大的可用信道。

可选的，所述获取信道在t时隙的使用状态以及在t+1时隙的空闲概率的步骤包括：

获取信道在t时隙的使用状态；

获取信道的历史使用状态，所述历史使用状态包括空闲状态或者繁忙状态；

根据所述历史使用状态形成概率后缀树；

根据所述概率后缀树预测信道在t+1时隙的空闲概率。

可选的，所述根据所述历史使用状态形成概率后缀树的步骤包括：

根据所述历史使用状态形成初始概率后缀树；

对所述初始概率后缀树进行数据平滑，以形成概率后缀树。

可选的，所述根据所述空闲概率形成可用信道集合的步骤包括：

判断所述空闲概率是否大于预设的阈值概率；

若所述空闲概率大于所述阈值概率，确认信道在t+1时隙为空闲信道；

根据所述空闲信道形成可用信道集合。

可选的，所述根据所述空闲概率和所述使用状态计算所述可用信道集合之中的可用信道对应的可用性指标值的步骤包括：

根据可用性指标计算公式计算所述可用信道集合之中的可用信道对应的可用性指标值，所述可用性指标计算公式为：

${\mathrm{\η}}_i=\arg \underset{1\≤i\≤N}{max}\{U_i\·P_i\},U_i=\left\{\begin{array}{cc}1,& S_i\left(t\right)=0\\ 0,& S_i\left(t\right)=1\end{array}\right.$

其中，η_i为信道i的可用性指标值，P_i为信道i在t+1时隙的空闲概率，U_i为信道i的可用性，S_i(t)为信道i在t时隙的使用状态，S_i(t)＝0表示信道i在t时隙为空闲状态，此时U_i＝1表示信道i可用，S_i(t)＝1表示信道i在t时隙为繁忙状态，此时U_i＝0表示信道i不可用。

本发明还提供一种频谱接入系统，包括：

第一获取单元，用于获取信道在t时隙的使用状态以及在t+1时隙的空闲概率，所述使用状态包括空闲状态或者繁忙状态，t为自然数；

第一形成单元，用于根据所述空闲概率形成可用信道集合；

第一计算单元，用于根据所述空闲概率和所述使用状态计算所述可用信道集合之中的可用信道对应的可用性指标值；

第一接入单元，用于接入可用性指标值最大的可用信道。

可选的，所述第一获取单元包括：

第一获取模块，用于获取信道在t时隙的使用状态；

第二获取模块，用于获取信道的历史使用状态，所述历史使用状态包括空闲状态或者繁忙状态；

第一形成模块，用于根据所述历史使用状态形成概率后缀树；

第一预测模块，用于根据所述概率后缀树预测信道在t+1时隙的空闲概率。

可选的，所述第一形成模块包括：

第一形成子模块，用于根据所述历史使用状态形成初始概率后缀树；

第一平滑子模块，用于对所述初始概率后缀树进行数据平滑，以形成概率后缀树。

可选的，所述第一形成单元包括：

第一判断模块，用于判断所述空闲概率是否大于预设的阈值概率；

第一确认模块，用于若所述空闲概率大于所述阈值概率，确认信道在t+1时隙为空闲信道；

第二形成模块，用于根据所述空闲信道形成可用信道集合。

可选的，所述第一计算单元包括：

第一计算模块，用于根据可用性指标计算公式计算所述可用信道集合之中的可用信道对应的可用性指标值，所述可用性指标计算公式为：

${\mathrm{\η}}_i=\arg \underset{1\≤i\≤N}{max}\{U_i\·P_i\},U_i=\left\{\begin{array}{cc}1,& S_i\left(t\right)=0\\ 0,& S_i\left(t\right)=1\end{array}\right.$

其中，η_i为信道i的可用性指标值，P_i为信道i在t+1时隙的空闲概率，U_i为信道i的可用性，S_i(t)为信道i在t时隙的使用状态，S_i(t)＝0表示信道i在t时隙为空闲状态，此时U_i＝1表示信道i可用，S_i(t)＝1表示信道i在t时隙为繁忙状态，此时U_i＝0表示信道i不可用。

本发明具有下述有益效果：

本发明提供的频谱接入方法和频谱接入系统之中，所述频谱接入方法包括：获取信道在t时隙的使用状态以及在t+1时隙的空闲概率，所述使用状态包括空闲状态或者繁忙状态，t为自然数；根据所述空闲概率形成可用信道集合；根据所述空闲概率和所述使用状态计算所述可用信道集合之中的可用信道对应的可用性指标值；接入可用性指标值最大的可用信道。本发明提供的技术方案通过考虑信道将来的可能使用状态，选择可用性最优的信道接入，从而降低了主用户与次用户发生冲突的可能性。因此，本发明提供的技术方案能够更有效地预测频谱空洞，有效降低了主用户与次用户之间的冲突，提高了物联网场景下频谱的利用率。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种频谱接入方法的流程图；

图2为本发明实施例二提供的一种频谱接入系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的频谱接入方法和频谱接入系统进行详细描述。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种频谱接入方法的流程图。如图1所示，本发明提供一种频谱接入方法，包括：

步骤1001、获取信道在t时隙的使用状态以及在t+1时隙的空闲概率，所述使用状态包括空闲状态或者繁忙状态，t为自然数。

本实施例中，所述获取信道在t时隙的使用状态以及在t+1时隙的空闲概率的步骤包括：获取信道在t时隙的使用状态以及信道的历史使用状态，所述历史使用状态包括历史空闲状态或者历史繁忙状态；根据所述历史使用状态形成概率后缀树；根据所述概率后缀树预测信道在t+1时隙的空闲概率。优选的，所述根据所述历史使用状态形成概率后缀树的步骤包括：根据所述历史使用状态形成初始概率后缀树；对所述初始概率后缀树进行数据平滑，以形成概率后缀树。

本实施例将t时隙设定为当前时隙，则t+1时隙为下一时隙。本实施例首先获取信道的历史使用状态，根据所述历史使用状态形成信道的使用状态二进制序列，根据所述使用状态二进制序列训练获得初始的概率后缀树(Probabilistic Suffix Tree，PST)，对初始的概率后缀树进行概率平滑，形成最终的概率后缀树。通过概率平滑处理之后的概率后缀树更加适用于物联网场景下的频谱预测。本实施例根据最终的概率后缀树预测信道在下一个时隙的空闲概率。本实施例采用改进之后的概率后缀树编码算法来计算马尔可夫链之中的条件转移概率，并且对所述概率后缀树编码算法进行概率平滑处理，增加了修正因子，优化了所述概率后缀树编码算法的边界条件。

步骤1002、根据所述空闲概率形成可用信道集合。

本实施例中，所述根据所述空闲概率形成可用信道集合的步骤包括：判断所述空闲概率是否大于预设的阈值概率；若所述空闲概率大于所述阈值概率，确认信道在t+1时隙为空闲信道；根据所述空闲信道形成可用信道集合。本实施例根据所述概率后缀树预测信道在下一时隙的空闲概率，再根据预设的阈值概率判断信道是否空闲，最后根据空闲信道形成可用信道集合。

步骤1003、根据所述空闲概率和所述使用状态计算所述可用信道集合之中的可用信道对应的可用性指标值。

步骤1004、接入可用性指标值最大的可用信道。

本实施例中，次用户可以从可用信道集合之中选择最优的信道接入，同时把接入信道的情况通知其他用户，其他用户更新可用信道集合，并且将上述信道的可用性设置为0。在下一个时隙到来时，更新可用信道集合，例如，主用户出现则切换到其他可用性指标值最大的信道，否则继续传输。最后，本实施例更新可用信道集合，次用户等待下次业务的到来。本实施例提供的技术方案通过考虑信道将来的可能使用状态，选择可用性最优的信道接入，从而降低了主用户与次用户发生冲突的可能性。因此，本实施例提供的技术方案能够更有效地预测频谱空洞，有效降低了主用户与次用户之间的冲突，提高了物联网场景下频谱的利用率。

具体来说，本实施例根据可用性指标计算公式计算所述可用信道集合之中的可用信道对应的可用性指标值，所述可用性指标计算公式为：

${\mathrm{\η}}_i=\arg \underset{1\≤i\≤N}{max}\{U_i\·P_i\},U_i=\left\{\begin{array}{cc}1,& S_i\left(t\right)=0\\ 0,& S_i\left(t\right)=1\end{array}\right.$

其中，η_i为信道i的可用性指标值，P_i为信道i在t+1时隙的空闲概率，U_i为信道i的可用性，S_i(t)为信道i在t时隙的使用状态，S_i(t)＝0表示信道i在t时隙为空闲状态，此时U_i＝1表示信道i可用，S_i(t)＝1表示信道i在t时隙为繁忙状态，此时U_i＝0表示信道i不可用。本实施例根据上述可用性指标计算公式计算所述可用信道集合之中的可用信道对应的可用性指标值。次用户可以从可用信道集合之中选择可用性指标值最大的可用信道接入，同时把接入信道的情况通知其他用户，其他用户更新可用信道集合。

本实施例提供的频谱接入方法包括：获取信道在t时隙的使用状态以及在t+1时隙的空闲概率，所述使用状态包括空闲状态或者繁忙状态，t为自然数；根据所述空闲概率形成可用信道集合；根据所述空闲概率和所述使用状态计算所述可用信道集合之中的可用信道对应的可用性指标值；接入可用性指标值最大的可用信道。本实施例提供的技术方案通过考虑信道将来的可能使用状态，选择可用性最优的信道接入，从而降低了主用户与次用户发生冲突的可能性。因此，本实施例提供的技术方案能够更有效地预测频谱空洞，有效降低了主用户与次用户之间的冲突，提高了物联网场景下频谱的利用率。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的一种频谱接入系统的结构示意图。如图2所示，所述频谱接入系统包括第一获取单元101、第一形成单元102、第一计算单元103以及第一接入单元104。第一获取单元101获取信道在t时隙的使用状态以及在t+1时隙的空闲概率，所述使用状态包括空闲状态或者繁忙状态，t为自然数；第一形成单元102根据所述空闲概率形成可用信道集合；第一计算单元103根据所述空闲概率和所述使用状态计算所述可用信道集合之中的可用信道对应的可用性指标值；第一接入单元104接入可用性指标值最大的可用信道。

本实施例中，所述第一获取单元101包括第一获取模块、第一形成模块以及第一预测模块，所述第一获取模块获取信道在t时隙的使用状态以及信道的历史使用状态，所述历史使用状态包括历史空闲状态或者历史繁忙状态；所述第一形成模块根据所述历史使用状态形成概率后缀树；所述第一预测模块根据所述概率后缀树预测信道在t+1时隙的空闲概率。优选的，所述第一形成模块包括第一形成子模块和第一平滑子模块。所述第一形成子模块根据所述历史使用状态形成初始概率后缀树；所述第一平滑子模块对所述初始概率后缀树进行数据平滑，以形成概率后缀树。本实施例将t时隙设定为当前时隙，则t+1时隙为下一时隙。本实施例首先获取信道的历史使用状态，根据所述历史使用状态形成信道的使用状态二进制序列，根据所述使用状态二进制序列训练获得初始的概率后缀树，对初始的概率后缀树进行概率平滑，形成最终的概率后缀树。通过概率平滑处理之后的概率后缀树更加适用于物联网场景下的频谱预测。本实施例根据最终的概率后缀树预测信道在下一个时隙的空闲概率。本实施例采用改进之后的概率后缀树编码算法来计算马尔可夫链之中的条件转移概率，并且对所述概率后缀树编码算法进行概率平滑处理，增加了修正因子，优化了所述概率后缀树编码算法的边界条件。

本实施例中，所述第一形成单元102包括第一判断模块、第一确认模块以及第二形成模块。所述第一判断模块判断所述空闲概率是否大于预设的阈值概率；若所述空闲概率大于所述阈值概率，所述第一确认模块确认信道在t+1时隙为空闲信道；所述第二形成模块根据所述空闲信道形成可用信道集合。本实施例根据所述概率后缀树预测信道在下一时隙的空闲概率，再根据预设的阈值概率判断信道是否空闲，最后根据空闲信道形成可用信道集合。

本实施例中，次用户可以从可用信道集合之中选择最优的信道接入，同时把接入信道的情况通知其他用户，其他用户更新可用信道集合，并且将上述信道的可用性设置为0。在下一个时隙到来时，更新可用信道集合，例如，主用户出现则切换到其他可用性指标值最大的信道，否则继续传输。最后，本实施例更新可用信道集合，次用户等待下次业务的到来。本实施例提供的技术方案通过考虑信道将来的可能使用状态，选择可用性最优的信道接入，从而降低了主用户与次用户发生冲突的可能性。因此，本实施例提供的技术方案能够更有效地预测频谱空洞，有效降低了主用户与次用户之间的冲突，提高了物联网场景下频谱的利用率。

具体来说，所述第一计算单元103包括第一计算模块，第一计算模块根据可用性指标计算公式计算所述可用信道集合之中的可用信道对应的可用性指标值，所述可用性指标计算公式为：

${\mathrm{\η}}_i=\arg \underset{1\≤i\≤N}{max}\{U_i\·P_i\},U_i=\left\{\begin{array}{cc}1,& S_i\left(t\right)=0\\ 0,& S_i\left(t\right)=1\end{array}\right.$

其中，η_i为信道i的可用性指标值，P_i为信道i在t+1时隙的空闲概率，U_i为信道i的可用性，S_i(t)为信道i在t时隙的使用状态，S_i(t)＝0表示信道i在t时隙为空闲状态，此时U_i＝1表示信道i可用，S_i(t)＝1表示信道i在t时隙为繁忙状态，此时U_i＝0表示信道i不可用。本实施例根据上述可用性指标计算公式计算所述可用信道集合之中的可用信道对应的可用性指标值。次用户可以从可用信道集合之中选择可用性指标值最大的可用信道接入，同时把接入信道的情况通知其他用户，其他用户更新可用信道集合。

本实施例提供的频谱接入系统之中，所述频谱接入方法包括：获取信道在t时隙的使用状态以及在t+1时隙的空闲概率，所述使用状态包括空闲状态或者繁忙状态，t为自然数；根据所述空闲概率形成可用信道集合；根据所述空闲概率和所述使用状态计算所述可用信道集合之中的可用信道对应的可用性指标值；接入可用性指标值最大的可用信道。本实施例提供的技术方案通过考虑信道将来的可能使用状态，选择可用性最优的信道接入，从而降低了主用户与次用户发生冲突的可能性。因此，本实施例提供的技术方案能够更有效地预测频谱空洞，有效降低了主用户与次用户之间的冲突，提高了物联网场景下频谱的利用率。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种频谱接入方法，其特征在于，包括：

获取信道在t时隙的使用状态以及在t+1时隙的空闲概率，所述使用状态包括空闲状态或者繁忙状态，t为自然数；

根据所述空闲概率形成可用信道集合；

根据所述空闲概率和所述使用状态计算所述可用信道集合之中的可用信道对应的可用性指标值；

接入可用性指标值最大的可用信道。

2.根据权利要求1所述的频谱接入方法，其特征在于，所述获取信道在t时隙的使用状态以及在t+1时隙的空闲概率的步骤包括：

获取信道在t时隙的使用状态以及信道的历史使用状态，所述历史使用状态包括历史空闲状态或者历史繁忙状态；

根据所述历史使用状态形成概率后缀树；

根据所述概率后缀树预测信道在t+1时隙的空闲概率。

3.根据权利要求2所述的频谱接入方法，其特征在于，所述根据所述历史使用状态形成概率后缀树的步骤包括：

根据所述历史使用状态形成初始概率后缀树；

对所述初始概率后缀树进行数据平滑，以形成概率后缀树。

4.根据权利要求1所述的频谱接入方法，其特征在于，所述根据所述空闲概率形成可用信道集合的步骤包括：

判断所述空闲概率是否大于预设的阈值概率；

若所述空闲概率大于所述阈值概率，确认信道在t+1时隙为空闲信道；

根据所述空闲信道形成可用信道集合。

5.根据权利要求1所述的频谱接入方法，其特征在于，所述根据所述空闲概率和所述使用状态计算所述可用信道集合之中的可用信道对应的可用性指标值的步骤包括：

根据可用性指标计算公式计算所述可用信道集合之中的可用信道对应的可用性指标值，所述可用性指标计算公式为：

${\mathrm{\η}}_i=\arg \underset{1\≤i\≤N}{max}\{U_i\·P_i\},U_i=\left\{\begin{array}{cc}1,& S_i\left(t\right)=0\\ 0,& S_i\left(t\right)=1\end{array}\right.$

其中，η_i为信道i的可用性指标值，P_i为信道i在t+1时隙的空闲概率，U_i为信道i的可用性，S_i(t)为信道i在t时隙的使用状态，S_i(t)＝0表示信道i在t时隙为空闲状态，此时U_i＝1表示信道i可用，S_i(t)＝1表示信道i在t时隙为繁忙状态，此时U_i＝0表示信道i不可用。

6.一种频谱接入系统，其特征在于，包括：

第一获取单元，用于获取信道在t时隙的使用状态以及在t+1时隙的空闲概率，所述使用状态包括空闲状态或者繁忙状态，t为自然数；

第一形成单元，用于根据所述空闲概率形成可用信道集合；

第一计算单元，用于根据所述空闲概率和所述使用状态计算所述可用信道集合之中的可用信道对应的可用性指标值；

第一接入单元，用于接入可用性指标值最大的可用信道。

7.根据权利要求6所述的频谱接入系统，其特征在于，所述第一获取单元包括：

第一获取模块，用于获取信道在t时隙的使用状态以及信道的历史使用状态，所述历史使用状态包括历史空闲状态或者历史繁忙状态；

第一形成模块，用于根据所述历史使用状态形成概率后缀树；

第一预测模块，用于根据所述概率后缀树预测信道在t+1时隙的空闲概率。

8.根据权利要求7所述的频谱接入系统，其特征在于，所述第一形成模块包括：

第一形成子模块，用于根据所述历史使用状态形成初始概率后缀树；

第一平滑子模块，用于对所述初始概率后缀树进行数据平滑，以形成概率后缀树。

9.根据权利要求6所述的频谱接入系统，其特征在于，所述第一形成单元包括：

第一判断模块，用于判断所述空闲概率是否大于预设的阈值概率；

第一确认模块，用于若所述空闲概率大于所述阈值概率，确认信道在t+1时隙为空闲信道；

第二形成模块，用于根据所述空闲信道形成可用信道集合。

10.根据权利要求6所述的频谱接入系统，其特征在于，所述第一计算单元包括：

第一计算模块，用于根据可用性指标计算公式计算所述可用信道集合之中的可用信道对应的可用性指标值，所述可用性指标计算公式为：

${\mathrm{\η}}_i=\arg \underset{1\≤i\≤N}{max}\{U_i\·P_i\},U_i=\left\{\begin{array}{cc}1,& S_i\left(t\right)=0\\ 0,& S_i\left(t\right)=1\end{array}\right.$

其中，η_i为信道i的可用性指标值，P_i为信道i在t+1时隙的空闲概率，U_i为信道i的可用性，S_i(t)为信道i在t时隙的使用状态，S_i(t)＝0表示信道i在t时隙为空闲状态，此时U_i＝1表示信道i可用，S_i(t)＝1表示信道i在t时隙为繁忙状态，此时U_i＝0表示信道i不可用。