CN106357357B - 一种频谱感知方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种频谱感知方法，该方法包括：间隔第一感知周期，利用感知系统中无线帧的保护间隔GP对主用户发射端进行检测，获得第一检测结果；将所述第一检测结果与第一预设阈值进行比较；若所述第一检测结果大于等于第一预设阈值，则判定存在主用户占用信号。本发明还公开了一种频谱感知系统，包括第一检测单元、第一比较单元及第一判定单元。本发明能够进一步提高感知算法的检测性能，降低感知周期时长，从而更好地实现频谱共享和干扰避让。

Description

一种频谱感知方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种频谱感知方法及系统。

背景技术

目前，223～235MHz频段规划给遥测、遥控、数据传输等业务，主要用于能源、军队、气象、地震、建设、水利、地矿、轻工等重点行业。该频段采用固定分配方式进行频谱管理，频点带宽为25kHz，各行业频点处于离散分布状态。

随着工业化和信息化的深度融合，各行业用户如电力、石油等对无线专网的带宽提出越来越多的需求。目前我国针对专网频率主要采用固定分配方式进行频谱管理，但随着行业用户带宽需求的增加，传统的专网频段已经无法满足行业用户的需求。另一方面，由于行业用户的业务特征，导致频谱资源利用率不高，造成一定程度上的浪费。频谱资源的缺乏更多是由于现有的基于静态控制的频谱管理与分配策略所造成的。

目前的感知系统通常基于主用户检测的认知无线电模型，次级用户根据动态感知的检测结果，自主占用空闲频谱，实现多个系统之间的频谱共享。感知系统每40个无线帧有一个上行静默期，可以用来实现静默期感知。考虑到数传电台等主用户系统的业务非连续性特点，仅仅通过每秒一次，每次时长18ms的静默期检测，无法快速准确地判断感知频点的忙闲状态。例如，若连续多次的静默期都恰好遇上实际业务的DTX阶段，此时就会出现漏检。

发明内容

针对现有技术无法快速准确地判断感知频点的忙闲状态、且容易出现漏检情况的缺陷，本发明提供了一种频谱感知方法及系统。

第一方面，本发明提供了一种频谱感知方法，该方法包括：

间隔第一感知周期，利用感知系统中无线帧的保护间隔GP对主用户发射端进行检测，获得第一检测结果；

将所述第一检测结果与第一预设阈值进行比较；

若所述第一检测结果大于等于第一预设阈值，则判定存在主用户占用信号。

优选地，该方法还包括：

间隔第二感知周期，利用无线帧中的静默帧对主用户发射端进行检测，获得第二检测结果；

将所述第二检测结果与第二预设阈值进行比较；

若所述第二检测结果大于等于第二预设阈值，则判定存在主用户占用信号；

其中，所述第二感知周期大于所述第一感知周期。

优选地，该方法还包括：

若存在主用户占用信号，则认知用户退出信道，以避免对主用户的干扰。

优选地，所述利用保护间隔GP对主用户发射端进行检测，获得第一检测结果，包括：

利用GP对主用户发射端进行能量检测；

对认知用户接收到信号的能量进行一定时间的累积，根据公式一获得累积的统计量T(x)：

公式一

其中，x(i)表示认知用户(次级用户)的接收信号，N是检测样点数，i是检测样点的序号，N、i均为正整数。

优选地，所述利用静默帧对主用户发射端进行检测，获得第二检测结果，包括：

利用静默帧对主用户发射端进行能量检测或循环平稳特征检测；

若采用能量检测，对认知用户接收到信号的能量进行一定时间的累积，获得累积的统计量；

若采用循环平稳特征检测，则根据公式二获得检测统计量T(x)：

公式二

其中，S_x(f；α)是谱相关函数，且N是检测样点数，i是检测样点的序号，N、i均为正整数，α为循环频率，且大于等于0，L表示循环周期，f表示频率。

第二方面，本发明提供了一种频谱感知系统，该系统包括：

第一检测单元，用于间隔第一感知周期，利用感知系统中无线帧的保护间隔GP对主用户发射端进行检测，获得第一检测结果；

第一比较单元，用于将所述第一检测结果与第一预设阈值进行比较；

第一判定单元，用于当所述第一检测结果大于等于第一预设阈值时，判定存在主用户占用信号。

优选地，该系统还包括：

第二检测单元，用于间隔第二感知周期，利用无线帧中的静默帧对主用户发射端进行检测，获得第二检测结果；

第二比较单元，用于将所述第二检测结果与第二预设阈值进行比较；

第二判定单元，用于当所述第二检测结果大于等于第二预设阈值时，判定存在主用户占用信号；

其中，所述第二感知周期大于所述第一感知周期。

优选地，所述系统还包括避让单元，用于：

若存在主用户占用信号，则认知用户退出信道，以避免对主用户的干扰。

优选地，所述第一检测单元，用于：

利用GP对主用户发射端进行能量检测；

对认知用户接收到信号的能量进行一定时间的累积，根据公式一获得累积的统计量T(x)：

公式一

其中，x(i)表示认知用户(次级用户)的接收信号，N是检测样点数，i是检测样点的序号，N、i均为正整数。

优选地，所述第二检测单元，用于：

利用静默帧对主用户发射端进行能量检测或循环平稳特征检测；

若采用能量检测，对认知用户接收到信号的能量进行一定时间的累积，获得累积的统计量；

若采用循环平稳特征检测，则根据公式二获得检测统计量T(x)：

公式二

其中，S_x(f；α)是谱相关函数，且N是检测样点数，i是检测样点的序号，N、i均为正整数，α为循环频率，且大于等于0，L表示循环周期，f表示频率。

由上述技术方案可知，本发明提供一种频谱感知方法及系统，利用无线帧的GP(Guard Period，保护间隔)进行感知，GP感知周期较短，如此在主用户信号较大的情况下，通过GP感知实现快速检测及避让；进一步地，通过感知周期较长的静默帧进行检测，可在主用户信号较小的情况下，利用静默帧进行感知。本发明能够进一步提高感知算法的检测性能，降低感知周期时长，从而更好地实现频谱共享和干扰避让。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种频谱感知方法的流程示意图；

图2是本发明另一实施例提供的一种频谱感知方法的流程示意图；

图3是本发明另一实施例提供的一种频谱感知方法的示意图；

图4是本发明一实施例提供的一种频谱感知系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明一实施例提供的一种频谱感知方法的流程示意图，该方法包括如下步骤：

S101：间隔第一感知周期，利用感知系统中无线帧的保护间隔GP对主用户发射端进行检测，获得第一检测结果。

其中，第一感知周期可为无线帧中GP子帧间的时间间隔，举例来说，第一感知周期为25ms或50ms等。GP为无线帧中的特殊子帧，是TDD系统中上下行转换间隔，避免上行与下行之间的干扰。

S102：将所述第一检测结果与第一预设阈值进行比较。

S103：若所述第一检测结果大于等于第一预设阈值，则判定存在主用户占用信号。

本实施例中，步骤S101中利用保护间隔GP对主用户发射端进行检测，获得第一检测结果，具体包括：

A01：利用GP对主用户发射端进行能量检测；

A02：对认知用户接收到信号的能量进行一定时间的累积，根据式(1)获得累积的统计量T(x)：

(1)

其中，x(i)表示认知用户(次级用户)的接收信号，N是检测样点数，i是检测样点的序号，N、i均为正整数。

进一步地，S102中的第一预设阈值即为判决门限，若采用能量检测，则判决门限为样点数和噪声方差的函数。

举例来说，GP总共71Ts，扣除射频开关切换时间，信号传播多径效应及其他邻区信号越区传播等因素，实际可用采样点为27Ts，则通过步骤S1至S3的方法，可检测信噪比4dB以上的主用户信号。

本实施例提供了一种频谱感知方法，利用无线帧的GP(Guard Period，保护间隔)进行感知，GP感知周期较短，如此在主用户信号较大的情况下，通过GP感知实现快速检测及避让。

由此可见，利用GP只能检测功率较大的主用户信号，表明主用户发射机距离较近；而对于功率较小的主用户信号，表明主用户发射机距离较远，即使连续多个GP检测出现漏检，双方的信号干扰可不能不会太严重。

但为了进一步地检测功率较小的主用户信号，该方法还包括如下步骤：

S201：间隔第二感知周期，利用无线帧中的静默帧对主用户发射端进行检测，获得第二检测结果。

其中，第二感知周期可为无线帧中静默帧间的时间间隔。如图3所示，感知系统每40个无线帧有一个上行静默期，可以用来实现静默期感知，则第二感知周期可为1s。

S202：将所述第二检测结果与第二预设阈值进行比较。

S203：若所述第二检测结果大于等于第二预设阈值，则判定存在主用户占用信号；

其中，所述第二感知周期大于所述第一感知周期。

本实施例中，该方法还包括如下步骤：

若存在主用户占用信号，则认知用户退出信道，以避免对主用户的干扰。

由此可见，通过GP感知和静默帧感知实现检测及避让。

本实施例中，步骤S201中利用静默帧对主用户发射端进行检测，获得第二检测结果，包括：

B01、利用静默帧对主用户发射端进行能量检测或循环平稳特征检测；

B02、若采用能量检测，对认知用户接收到信号的能量进行一定时间的累积，获得累积的统计量。

具体来说，根据式(1)求得检测统计量，并进一步根据统计量进行判断。

B03、若采用循环平稳特征检测，则根据式(2)获得检测统计量T(x)：

(2)

其中，S_x(f；α)是谱相关函数，且N是检测样点数，i是检测样点的序号，N、i均为正整数，α为循环频率，且大于等于0，L表示循环周期，f表示频率。

举例来说，静默帧可用采样点约为2204Ts，则若采用能量检测，参照仿真性能曲线，可检测信噪比-6.5dB以上的主用户占用信号。

本实施例提供了一种频谱感知的方法，结合GP感知和静默期感知，通过设置不同的感知周期，能够进一步提高感知算法的检测性能，降低感知周期时长，从而更好地实现频谱共享和干扰避让。

如图4所示，为本发明一实施例提供的一种频谱感知系统的结构示意图，该系统包括第一检测单元401、第一比较单元402及第一判定单元403。其中：

第一检测单元401，用于间隔第一感知周期，利用感知系统中无线帧的保护间隔GP对主用户发射端进行检测，获得第一检测结果。

第一比较单元402，用于将所述第一检测结果与第一预设阈值进行比较。

第一判定单元403，用于当所述第一检测结果大于等于第一预设阈值时，判定存在主用户占用信号。

本实施例中，该系统还包括：

第二检测单元，用于间隔第二感知周期，利用无线帧中的静默帧对主用户发射端进行检测，获得第二检测结果；

第二比较单元，用于将所述第二检测结果与第二预设阈值进行比较；

第二判定单元，用于当所述第二检测结果大于等于第二预设阈值时，判定存在主用户占用信号；

其中，所述第二感知周期大于所述第一感知周期。

本实施例中，所述系统还包括避让单元，用于：

若存在主用户占用信号，则认知用户退出信道，以避免对主用户的干扰。

本实施例中，第一检测单元401，用于：

利用GP对主用户发射端进行能量检测；

对认知用户接收到信号的能量进行一定时间的累积，根据公式一获得累积的统计量T(x)：

公式一

其中，x(i)表示认知用户(次级用户)的接收信号，N是检测样点数，i是检测样点的序号，N、i均为正整数。

本实施例中，所述第二检测单元，用于：

利用静默帧对主用户发射端进行能量检测或循环平稳特征检测；

若采用能量检测，对认知用户接收到信号的能量进行一定时间的累积，获得累积的统计量；

若采用循环平稳特征检测，则根据公式二获得检测统计量T(x)：

公式二

其中，S_x(f；α)是谱相关函数，且N是检测样点数，i是检测样点的序号，N、i均为正整数，α为循环频率，且大于等于0，L表示循环周期，f表示频率。

对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上实施方式仅适于说明本公开，而并非对本公开的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本公开的范畴，本公开的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种频谱感知方法，其特征在于，该方法包括：

间隔第一感知周期，利用感知系统中无线帧的保护间隔GP对主用户发射端进行检测，获得第一检测结果；

将所述第一检测结果与第一预设阈值进行比较；

若所述第一检测结果大于等于第一预设阈值，则判定存在功率较大的主用户占用信号；

间隔第二感知周期，利用无线帧中的静默帧对主用户发射端进行检测，获得第二检测结果；

将所述第二检测结果与第二预设阈值进行比较；

若所述第二检测结果大于等于第二预设阈值，则判定存在功率较小的主用户占用信号；

其中，所述第二感知周期大于所述第一感知周期。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

若存在主用户占用信号，则认知用户退出信道，以避免对主用户的干扰。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用保护间隔GP对主用户发射端进行检测，获得第一检测结果，包括：

利用GP对主用户发射端进行能量检测；

对认知用户接收到信号的能量进行一定时间的累积，根据公式一获得累积的统计量T(x)：

其中，x(i)表示认知用户(次级用户)的接收信号，N是检测样点数，i是检测样点的序号，N、i均为正整数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用静默帧对主用户发射端进行检测，获得第二检测结果，包括：

利用静默帧对主用户发射端进行能量检测或循环平稳特征检测；

若采用能量检测，对认知用户接收到信号的能量进行一定时间的累积，获得累积的统计量；

若采用循环平稳特征检测，则根据公式二获得检测统计量T(x)：

其中，S_x(f；α)是谱相关函数，且N是检测样点数，i是检测样点的序号，N、i均为正整数，α为循环频率，且大于等于0，L表示循环周期，f表示频率。

5.一种频谱感知系统，其特征在于，该系统包括：

第一检测单元，用于间隔第一感知周期，利用感知系统中无线帧的保护间隔GP对主用户发射端进行检测，获得第一检测结果；

第一比较单元，用于将所述第一检测结果与第一预设阈值进行比较；

第一判定单元，用于当所述第一检测结果大于等于第一预设阈值时，判定存在功率较大的主用户占用信号；

第二检测单元，用于间隔第二感知周期，利用无线帧中的静默帧对主用户发射端进行检测，获得第二检测结果；

第二比较单元，用于将所述第二检测结果与第二预设阈值进行比较；

第二判定单元，用于当所述第二检测结果大于等于第二预设阈值时，判定存在功率较小的主用户占用信号；

其中，所述第二感知周期大于所述第一感知周期。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括避让单元，用于：

若存在主用户占用信号，则认知用户退出信道，以避免对主用户的干扰。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一检测单元，用于：

利用GP对主用户发射端进行能量检测；

对认知用户接收到信号的能量进行一定时间的累积，根据公式一获得累积的统计量T(x)：

其中，x(i)表示认知用户(次级用户)的接收信号，N是检测样点数，i是检测样点的序号，N、i均为正整数。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第二检测单元，用于：

利用静默帧对主用户发射端进行能量检测或循环平稳特征检测；

若采用能量检测，对认知用户接收到信号的能量进行一定时间的累积，获得累积的统计量；

若采用循环平稳特征检测，则根据公式二获得检测统计量T(x)：

其中，S_x(f；α)是谱相关函数，且N是检测样点数，i是检测样点的序号，N、i均为正整数，α为循环频率，且大于等于0，L表示循环周期，f表示频率。