CN106332092A - 一种认知无线电频谱共享方法、设备和系统 - Google Patents

一种认知无线电频谱共享方法、设备和系统 Download PDF

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杨茜
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Abstract

本发明提供了一种认知无线电频谱共享方法、设备和系统，该方法包括：获取预设空间范围内所有认知节点的共享频谱占用状态信息；采用预设分析方法对共享频谱占用状态信息进行干扰分析，确定当前认知系统中各个认知节点的可用频谱；根据当前认知系统中各个认知节点的可用频谱，向认知数据库发送频谱共享申请；接收认知数据库发送的申请响应结果，根据申请响应结果进行共享频谱的分配。本发明避免了认知数据库分配的频谱资源与认知系统需求不匹配，而且，以认知系统的认知节点为单位申请与确定可用频谱资源，而不是以整个认知系统为单位，避免申请到的频谱资源部分认知节点不可用，从而提高了频谱利用效率。

Description

一种认知无线电频谱共享方法、设备和系统
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种认知无线电频谱共享方法、设备和系统。
背景技术
目前频谱共享方案主要包括两种，一种是基于授权频谱接入的频谱共享方案，此方案中认知系统分为主用户和次用户，主用户为某频段的授权用户，当此频段空闲时，次用户可以在不影响主用户的情况下接入此授权频谱；另一种是基于公平竞争的频谱共享方案，此方案中认知系统不区分主次，而是通过公平竞争来共享频谱资源。对于230MHz频段来说，由于此频段被多个行业系统共用，因此普遍采用认知系统公平竞争共享频谱的方案。
系统间共享频谱管理可以通过认知数据库进行统一管理，也可以通过动态感知交互实现。
动态感知交互方式，需要认知系统具备严格的系统间定时同步，以降低系统间相互干扰。但是，230MHz频段被多个行业系统共用，协调各个行业、不同制式的系统实现同步运行的改动较大。
认知数据库统一管理方式，现有方法中，一种是认知系统将需求上报给认知数据库，认知数据库根据系统间共存分析来决策频谱分配，一种是认知系统将需求和频谱感知结果上报给认知数据库，认知数据库根据一定的策略分配相应地频谱资源给认知系统。上述方法，认知系统和认知数据库的决策依据不同，由于认知系统认知能力的差异，与其它认知系统存在相邻站点或相邻频段上的干扰等原因，可能导致分配的频谱资源部分或全部不可用，特别是，当认知系统含有多个站点的场景，不同站点的可用频谱存在差异时，可能使得分配的频谱资源部分站点不可用，降低了频谱利用效率。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出了一种克服上述问题或者至少部分地解决或者减缓上述问题的认知无线电频谱共享方法、设备和系统。
根据本发明的一个方面，提供了一种认知无线电频谱共享方法，该方法包括：
获取预设空间范围内所有认知节点的共享频谱占用状态信息；
采用预设分析方法对所述共享频谱占用状态信息进行干扰分析，确定当前认知系统中各个认知节点的可用频谱；
根据当前认知系统中各个认知节点的可用频谱，向认知数据库发送频谱共享申请；
接收所述认知数据库发送的申请响应结果，根据所述申请响应结果进行共享频谱的分配；
所述申请响应结果为所述认知数据库采用所述预设分析方法，对本地资源管理设备为当前认知系统中各个认知节点申请的频谱是否可用进行分析后，根据分析结果发送的。
其中，所述获取预设空间范围内所有认知节点的共享频谱占用状态信息，包括：
根据当前认知系统中各个认知节点的频谱需求，向认知数据库发送的查询请求，所述查询请求用于请求获取预设空间范围内所有认知节点的共享频谱占用状态信息；
接收所述认知数据库返回的查询结果。
其中，所述预设空间范围内所有认知节点的共享频谱占用状态信息，具体为：预设空间范围内所有占用共享频谱的其他认知系统的认知节点信息和各个认知节点对共享频谱的占用信息；
所述预设空间范围为根据所述当前认知系统设置的查询范围，或，根据所述当前认知系统中每一个认知节点设置的查询范围。
其中，所述方法还包括：
对当前认知系统中认知节点共享频谱进行释放管理。
其中，所述对当前认知系统中认知节点共享频谱进行释放管理，包括：
接收所述当前认知系统中认知节点的频谱释放请求，并将所述频谱释放请求上报给认知数据库，
或，
接收所述认知数据库根据频谱状态信息的变化或当前认知系统中认知节点信息的变化决策认知节点释放的频谱后，发送的决策结果。
根据本发明的另一个方面，提供了一种实现认知无线电频谱共享的资源管理设备，该资源管理设备，包括：
获取单元，用于获取预设空间范围内所有认知节点的共享频谱占用状态信息；
可用频谱选择单元，用于采用预设分析方法对所述共享频谱占用状态信息进行干扰分析，确定当前认知系统中各个认知节点的可用频谱；
发送单元，用于根据当前认知系统中各个认知节点的可用频谱，向认知数据库发送频谱共享申请；
资源管理单元，用于接收所述认知数据库发送的申请响应结果，根据所述申请响应结果进行共享频谱的分配；
其中，所述申请响应结果为所述认知数据库采用所述预设分析方法，对本地资源管理设备为当前认知系统中各个认知节点申请的频谱是否可用进行分析后，根据分析结果发送的。
其中，所述获取单元，包括：
查询请求发送模块，用于根据当前认知系统中各个认知节点的频谱需求，向认知数据库发送的查询请求，所述查询请求用于请求获取预设空间范围内所有认知节点的共享频谱占用状态信息；
查询结果接收模块，用于接收所述认知数据库返回的查询结果。
其中，所述资源管理单元，还用于对当前认知系统中认知节点共享频谱进行释放管理。
根据本发明的又一个方面，提供了一种认知无线电频谱共享系统，该系统包括：本地资源管理设备和认知数据库；
所述本地资源管理设备，用于获取预设空间范围内所有认知节点的共享频谱占用状态信息，采用预设分析方法对所述共享频谱占用状态信息进行干扰分析，确定当前认知系统中各个认知节点的可用频谱，根据当前认知系统中各个认知节点的可用频谱，向认知数据库发送频谱共享申请；
所述认知数据库，用于采用所述预设分析方法，确定所述本地资源管理设备为当前认知系统中各个认知节点申请的频谱是否可用，并根据分析结果发送申请响应结果；
所述本地资源管理设备，还用于接收所述认知数据库发送的申请响应结果，根据所述申请响应结果进行共享频谱的分配。
其中，所述认知数据库，还用于从无线电管理机构实时获取备案的认知系统的认知节点信息，记录认知系统下各个认知节点的共享频谱占用状态信息，并对所述共享频谱占用状态信息进行更新。
本发明的有益效果为：
本发明提供的认知无线电频谱共享方法、设备和系统，认知系统的本地资源管理设备和认知数据库基于一致的干扰分析策略确定认知系统下的每个认知节点的可用频谱，避免认知数据库分配的频谱资源与认知系统不匹配，而且认知数据库只需要确认频谱可用性，实现简单。而且，本发明以认知系统的认知节点为单位申请与核准可用频谱资源，而不是以整个认知系统为单位，避免申请到的频谱资源对于部分认知节点不可用的问题。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明实施例提供的一种认知无线电频谱共享方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种实现认知无线电频谱共享的资源管理设备的结构框图；
图3为本发明实施例提供的一种认知无线电频谱共享系统的架构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
图1为本发明实施例提供的一种认知无线电频谱共享方法的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：
S11、获取预设空间范围内所有认知节点的共享频谱占用状态信息；
S12、采用预设分析方法对所述共享频谱占用状态信息进行干扰分析，确定当前认知系统中各个认知节点的可用频谱；
S13、根据当前认知系统中各个认知节点的可用频谱，向认知数据库发送频谱共享申请；
S14、接收所述认知数据库发送的申请响应结果，根据所述申请响应结果进行共享频谱的分配；
其中，申请响应结果为所述认知数据库采用所述预设分析方法，对本地资源管理设备为当前认知系统中各个认知节点申请的频谱是否可用进行分析后，根据分析结果发送的。
本发明实施例中，认知系统包括认知节点和本地资源管理设备，其中，认知节点是认知系统中具备学习能力的无线接入设备，能够根据业务特点和频谱使用情况决定是否具有共享频谱资源需求。本地资源管理设备是认知系统中进行共享频谱资源管理的设备，主要用于统计各认知节点的频谱使用情况和频谱需求，分析各认知节点与其他认知系统认知节点间的干扰情况和隔离要求，向认知数据库申请共享频谱资源，并协调和分配各认知节点的共享频谱资源。
本地资源管理设备可以是独立的设备，也可以设置在认知节点设备中。
本发明实施例提出的一种认知无线电频谱共享方法，认知系统通过干扰分析选择每个认知节点的可用频谱以及向认知数据库提出申请，并接收认知数据库通过干扰分析审核每个认知节点申请的频谱是否可用后做出的申请响应结果。
本发明实施例中，认知系统和认知数据库基于一致的干扰分析方法确定频谱可用性，避免认知数据库分配的频谱资源与认知系统不匹配，而且认知数据库只需要核准频谱可用性，实现简单。而且以认知系统的认知节点为单位申请与核准可用频谱资源，而不是以整个认知系统为单位，避免申请到的频谱资源部分认知节点不可用，提高了频谱利用效率。本发明提出的认知无线电频谱共享方法，适合于认知系统具有多个认知节点的场景。
在本发明实施例中，步骤S11中的获取预设空间范围内所有认知节点的共享频谱占用状态信息，进一步包括以下步骤：
S111、根据当前认知系统中各个认知节点的频谱需求，向认知数据库发送的查询请求，所述查询请求用于请求获取预设空间范围内所有认知节点的共享频谱占用状态信息；
S112、接收所述认知数据库返回的查询结果。
其中，预设空间范围内所有认知节点的共享频谱占用状态信息，具体为：预设空间范围内所有占用共享频谱的其他认知系统的认知节点信息和各个认知节点对共享频谱的占用信息。本地资源管理设备通过准确地确定出当前有占用共享频谱的认知节点有哪些，以及这些认知节点对共享频谱资源的占用情况，进而更准确地确定当前认知系统中各个认知节点的可用频谱。
所述预设空间范围为根据所述当前认知系统设置的查询范围，或，根据所述当前认知系统中每一个认知节点设置的查询范围。
本发明实施例中，本地资源管理设备周期性处理所有认知节点的频谱需求，向认知数据库发起查询请求。并接收认知数据库返回的查询结果，实现一定空间范围内所有认知节点的共享频谱占用状态信息。
在本发明实施例中，步骤S12中的采用预设分析方法对所述共享频谱占用状态信息进行干扰分析，确定当前认知系统中各个认知节点的可用频谱，具体包括：采用预设分析方法对所述共享频谱占用状态信息进行干扰分析，得到当前认知系统中各个认知节点的至少一个可共享的频谱，然后从至少一个可共享的频谱中选择出每个认知节点的可用频谱。
进一步地，本地资源管理设备根据认知数据库返回的查询结果，应用基于最小耦合损耗计算的确定性分析方法，计算每个认知节点可用频谱集合，选择出满足认知节点需求的频谱作为申请频谱，上报给认知数据库。认知数据库根据收到的认知系统的申请请求，根据一定的接入优先级原则，依次处理认知系统的申请请求。应用基于最小耦合损耗计算的确定性分析方法，审核认知系统下每个认知节点申请的频谱是否可用，做出申请响应结果，申请响应结果包括：批准或拒绝指示。
本发明实施例中提出的认知无线电频谱共享方法还包括：
对当前认知系统中认知节点共享频谱进行释放管理。
其中，所述对当前认知系统中认知节点共享频谱进行释放管理，进一步包括：
接收所述当前认知系统中认知节点的频谱释放请求，并将所述频谱释放请求上报给认知数据库，
或，
接收所述认知数据库根据频谱状态信息的变化或当前认知系统中认知节点信息的变化决策认知节点释放的频谱后，发送的决策结果。
具体地，本地资源管理设备收到认知节点的释放请求，上报给认知数据库，或者，认知数据库决策认知节点释放的频谱，通知本地资源管理设备。其中，认知节点决策释放频谱的方法包括传输完成，或者达到规定的使用时间。认知数据库决策释放频谱的方法包括频谱状态发生变化，如共享频谱变为授权频谱，或者认知系统的认知节点信息发生变化。
本发明避免了认知数据库分配的频谱资源与认知系统需求不匹配，而且，以认知系统的认知节点为单位申请与确定可用频谱资源，而不是以整个认知系统为单位，避免申请到的频谱资源部分认知节点不可用，从而提高了频谱利用效率。
图2为本发明实施例提供的一种实现认知无线电频谱共享的资源管理设备的结构框图，如图2所示，本发明提出的实现认知无线电频谱共享的资源管理设备包括获取单元201、可用频谱选择单元202、发送单元203以及资源管理单元204，其中：
所述获取单元201，用于获取预设空间范围内所有认知节点的共享频谱占用状态信息；
所述可用频谱选择单元202，用于采用预设分析方法对所述共享频谱占用状态信息进行干扰分析，确定当前认知系统中各个认知节点的可用频谱；
所述发送单元203，用于根据当前认知系统中各个认知节点的可用频谱，向认知数据库发送频谱共享申请；
所述资源管理单元204，用于接收所述认知数据库发送的申请响应结果，根据所述申请响应结果进行共享频谱的分配；
其中，所述申请响应结果为所述认知数据库采用所述预设分析方法，对本地资源管理设备为当前认知系统中各个认知节点申请的频谱是否可用进行分析后，根据分析结果发送的。
本发明实施例提供的资源管理设备可以是独立的设备，也可以设置在认知节点设备中。
其中，预设空间范围内所有认知节点的共享频谱占用状态信息，具体为：预设空间范围内所有占用共享频谱的其他认知系统的认知节点信息和各个认知节点对共享频谱的占用信息。本地资源管理设备通过准确地确定出当前有占用共享频谱的认知节点有哪些，以及这些认知节点对共享频谱资源的占用情况，进而更准确地确定当前认知系统中各个认知节点的可用频谱。
本发明实施例中，获取单元201，进一步包括查询请求发送模块和查询结果接收模块，其中：
所述查询请求发送模块，用于根据当前认知系统中各个认知节点的频谱需求，向认知数据库发送的查询请求，所述查询请求用于请求获取预设空间范围内所有认知节点的共享频谱占用状态信息；
所述查询结果接收模块，用于接收所述认知数据库返回的查询结果。
本发明实施例中，所述资源管理单元，进一步用于对当前认知系统中认知节点共享频谱进行释放管理。
资源管理单元具体通过以下方式实现对当前认知系统中认知节点共享频谱进行释放管理：
接收所述当前认知系统中认知节点的频谱释放请求，并将所述频谱释放请求上报给认知数据库，
或，
接收所述认知数据库根据频谱状态信息的变化或当前认知系统中认知节点信息的变化决策认知节点释放的频谱后，发送的决策结果。
本发明实施例提出的实现认知无线电频谱共享的资源管理设备，通过干扰分析选择每个认知节点的可用频谱以及向认知数据库提出申请，并接收认知数据库通过干扰分析审核每个认知节点申请的频谱是否可用后做出的申请响应结果，进而避免认知数据库分配的频谱资源与认知系统不匹配，而且认知数据库只需要核准频谱可用性，实现简单。而且以认知系统的认知节点为单位申请与核准可用频谱资源，而不是以整个认知系统为单位，避免申请到的频谱资源部分认知节点不可用，提高了频谱利用效率。
图3示出了本发明另一实施例提供的一种认知无线电频谱共享系统的架构示意图。如图3所示，本发明提出的认知无线电频谱共享系统包括：本地资源管理设备和认知数据库；
所述本地资源管理设备，用于获取预设空间范围内所有认知节点的共享频谱占用状态信息，采用预设分析方法对所述共享频谱占用状态信息进行干扰分析，确定当前认知系统中各个认知节点的可用频谱，根据当前认知系统中各个认知节点的可用频谱，向认知数据库发送频谱共享申请；
所述认知数据库，用于采用所述预设分析方法，确定所述本地资源管理设备为当前认知系统中各个认知节点申请的频谱是否可用，并根据分析结果发送申请响应结果；
所述本地资源管理设备，还用于接收所述认知数据库发送的申请响应结果，根据所述申请响应结果进行共享频谱的分配。
进一步地，所述认知数据库，还用于从无线电管理机构实时获取备案的认知系统的认知节点信息，记录认知系统下各个认知节点的共享频谱占用状态信息，并对所述共享频谱占用状态信息进行更新。
本发明实施例提供的认知无线电频谱共享系统，包括认知数据库和认知系统。认知数据库通过访问无线电管理机构获取备案的认知系统的站点信息，记录认知系统下各个站点的共享频谱使用情况并动态更新。认知系统包括认知节点和本地资源管理设备，其中，认知节点是认知系统中具备学习能力的无线接入设备，能够根据业务特点和频谱使用情况决定是否具有共享频谱资源需求。本地资源管理设备是认知系统中进行共享频谱资源管理的设备，主要用于统计各认知节点的频谱使用情况和频谱需求，分析各认知节点与其他认知系统认知节点间的干扰情况和隔离要求，向认知数据库申请共享频谱资源，并协调和分配各认知节点的共享频谱资源。
可理解的是，本地频谱资源管理设备可采用上述实施例所述的资源管理设备实现，该资源管理设备可以是独立的设备，也可以设置在认知节点设备中。
综上所述，本发明提供的认知无线电频谱共享方法、设备和系统，认知系统的资源管理设备和认知数据库基于一致的干扰分析策略确定认知系统下的每个认知节点的可用频谱，避免认知数据库分配的频谱资源与认知系统不匹配，而且认知数据库只需要确认频谱可用性，实现简单。而且，本发明以认知系统的认知节点为单位申请与核准可用频谱资源，而不是以整个认知系统为单位，避免申请到的频谱资源对于部分认知节点不可用的问题。
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，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例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。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种认知无线电频谱共享方法，其特征在于，所述方法包括：
获取预设空间范围内所有认知节点的共享频谱占用状态信息；
采用预设分析方法对所述共享频谱占用状态信息进行干扰分析，确定当前认知系统中各个认知节点的可用频谱；
根据当前认知系统中各个认知节点的可用频谱，向认知数据库发送频谱共享申请；
接收所述认知数据库发送的申请响应结果，根据所述申请响应结果进行共享频谱的分配；
所述申请响应结果为所述认知数据库采用所述预设分析方法，对本地资源管理设备为当前认知系统中各个认知节点申请的频谱是否可用进行分析后，根据分析结果发送的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取预设空间范围内所有认知节点的共享频谱占用状态信息，包括：
根据当前认知系统中各个认知节点的频谱需求，向认知数据库发送的查询请求，所述查询请求用于请求获取预设空间范围内所有认知节点的共享频谱占用状态信息；
接收所述认知数据库返回的查询结果。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设空间范围内所有认知节点的共享频谱占用状态信息，具体为：预设空间范围内所有占用共享频谱的其他认知系统的认知节点信息和各个认知节点对共享频谱的占用信息；
所述预设空间范围为根据所述当前认知系统设置的查询范围，或，根据所述当前认知系统中每一个认知节点设置的查询范围。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对当前认知系统中认知节点共享频谱进行释放管理。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对当前认知系统中认知节点共享频谱进行释放管理，包括：
接收所述当前认知系统中认知节点的频谱释放请求，并将所述频谱释放请求上报给认知数据库，
或，
接收所述认知数据库根据频谱状态信息的变化或当前认知系统中认知节点信息的变化决策认知节点释放的频谱后，发送的决策结果。
6.一种实现认知无线电频谱共享的资源管理设备，其特征在于，所述资源管理设备，包括：
获取单元，用于获取预设空间范围内所有认知节点的共享频谱占用状态信息；
可用频谱选择单元，用于采用预设分析方法对所述共享频谱占用状态信息进行干扰分析，确定当前认知系统中各个认知节点的可用频谱；
发送单元，用于根据当前认知系统中各个认知节点的可用频谱，向认知数据库发送频谱共享申请；
资源管理单元，用于接收所述认知数据库发送的申请响应结果，根据所述申请响应结果进行共享频谱的分配；
其中，所述申请响应结果为所述认知数据库采用所述预设分析方法，对本地资源管理设备为当前认知系统中各个认知节点申请的频谱是否可用进行分析后，根据分析结果发送的。
7.根据权利要求6所述的资源管理设备，其特征在于，所述获取单元，包括：
查询请求发送模块，用于根据当前认知系统中各个认知节点的频谱需求，向认知数据库发送的查询请求，所述查询请求用于请求获取预设空间范围内所有认知节点的共享频谱占用状态信息；
查询结果接收模块，用于接收所述认知数据库返回的查询结果。
8.根据权利要求6所述的资源管理设备，其特征在于，所述资源管理单元，还用于对当前认知系统中认知节点共享频谱进行释放管理。
9.一种认知无线电频谱共享系统，其特征在于，所述系统包括：本地资源管理设备和认知数据库；
所述本地资源管理设备，用于获取预设空间范围内所有认知节点的共享频谱占用状态信息，采用预设分析方法对所述共享频谱占用状态信息进行干扰分析，确定当前认知系统中各个认知节点的可用频谱，根据当前认知系统中各个认知节点的可用频谱，向认知数据库发送频谱共享申请；
所述认知数据库，用于采用所述预设分析方法，确定所述本地资源管理设备为当前认知系统中各个认知节点申请的频谱是否可用，并根据分析结果发送申请响应结果；
所述本地资源管理设备，还用于接收所述认知数据库发送的申请响应结果，根据所述申请响应结果进行共享频谱的分配。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述认知数据库，还用于从无线电管理机构实时获取备案的认知系统的认知节点信息，记录认知系统下各个认知节点的共享频谱占用状态信息，并对所述共享频谱占用状态信息进行更新。
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