CN106358200B - 认知无线电系统的频谱共享方法及管理终端 - Google Patents

认知无线电系统的频谱共享方法及管理终端 Download PDF

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CN106358200B CN201510424583.5A CN201510424583A CN106358200B CN 106358200 B CN106358200 B CN 106358200B CN 201510424583 A CN201510424583 A CN 201510424583A CN 106358200 B CN106358200 B CN 106358200B
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Abstract

本发明提供了认知无线电系统的频谱共享方法及管理终端，本发明在向认知数据库申请频谱资源之前，对所管理的认知无线电系统中每个认知节点的共享频谱资源请求进行分析处理，通过访问认知数据库获得邻近认知无线电系统的认知节点相关信息，之后进行干扰分析确定所管理的认知无线电系统中每个认知节点的第一可用频谱；之后结合所管理的认知无线电系统已经分配的频谱、所管理的认知无线电系统中每个认知节点的第一可用频谱以及对应的共享频谱资源请求最终确定所管理的认知无线电系统中每个认知节点的可申请频谱，充分满足了每个认知节点的需求，分配频谱资源的可用性大大提高，从而提高了共享频谱的分配效率。

Description

认知无线电系统的频谱共享方法及管理终端
技术领域
本发明属于认知无线电与频谱共享技术领域，更具体涉及认知无线电系统的频谱共享方法及管理终端。
背景技术
230MHz频段包括223.025～235.000共12MHz带宽。目前以25kHz为一个频点进行分配，共480个频点，其中近100个频点已经由国家无线电管理局分配给能源、军队、气象、地震、水利、地矿、轻工与建设共8个部委使用，其余380个频点由地方无线电管理局根据行业需求进行分配。230MHz频段主要采用窄带数传电台系统进行行业无线数据的采集与传输。随着行业信息化的深入发展，行业无线专网的宽带化需求日益增强，并且230MHz频段的频谱资源日益紧张。目前230MHz频段采用的以授权方式进行频谱管理和分配的方法，使得230MHz频段的频谱利用率较低。
结合认知无线电技术和动态频谱共享技术，对230MHz频段的使用进行了重新规划，可以有效提高频谱效率，缓解230MHz频段频谱资源供求紧张的矛盾。对230MHz频段进行规划时，既要满足行业应用的宽带化需求，同时还要考虑对在用窄带系统的兼容，以实现平滑过渡。因此现有技术中对230MHz频段的规划采用如下方案：(1)230MHz频段的频点带宽保持原有的25kHz，以保障在用窄带数传电台系统的正常工作。(2)认知无线电系统向无线电管理机构申请获得授权频点，用于传输广播、控制信息和保障性业务。(3)将230MHz频段的频谱资源划分成N个共享资源组，如图1中F1、F2、F3、F4、FN所示，认知无线电系统以共享资源组为单位动态申请和聚合使用频谱资源，使用过程中需要规避共享资源组中在用频点。同时，限定每个认知无线电系统最多申请的共享资源组的数量，以保证多个行业系统共享230MHz频段频谱资源。
对应于上面2)和3)，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，此方案中认知无线电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使用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，此方案中各个认知无线电系统不区分主次，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，因此适合采用公平竞争来共享频谱的方案。其中各个认知无线电系统之间的共享频谱管理可以通过认知数据库方式进行统一管理，也可以通过动态感知方式进行交互。
现有方法中认知无线电系统申请共享频谱资源可以通过频谱感知获取可用频谱，如CN201180057915.0提供的方法。另外还可以通过干扰分析获取可用频谱，通过评估认知无线电系统对授权系统的干扰和/或认知无线电系统之间的相互干扰来判断频谱是否可用，如CN201110008282.6和CN201210307310.9提供的方法。
上述方法由于认知无线电系统认知能力的差异，与其它认知无线电系统存在相邻认知节点或相邻频段上的干扰等原因，可能分配的频谱资源部分或全部不可用。特别是，认知无线电系统含有多个站点的场景，现有技术通常是以认知无线电系统为单位进行频谱申请，由于不同认知节点可用的频谱存在差异，使得以认知无线电系统为单位申请得到的频谱资源对于部分认知节点不可用。此时，认知无线电系统需要与认知数据库进行多次协商才能申请到合适的共享频谱资源，加大了频谱申请时延，降低了频谱利用效率。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何为认知无线电系统内的每个认知节点高效率的申请共享频谱。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种认知无线电系统的频谱共享方法，所述方法包括以下步骤：
接收所管理的认知无线电系统中的多个认知节点发送的多个共享频谱资源请求；
查询预定距离范围内的与其他认知无线电系统内的认知节点的相关信息，并根据查询得到的相关信息，进行干扰分析，确定所管理的认知无线电系统中每个认知节点的第一可用频谱的集合；
结合所管理的认知无线电系统已经分配的频谱、所管理的认知无线电系统中每个认知节点的第一可用频谱的集合以及所管理的认知无线电系统中每个认知节点的共享频谱资源请求，确定所管理的认知无线电系统中每个认知节点的可申请频谱的集合；
根据所管理的认知无线电系统中每个认知节点的可申请频谱的集合向认知数据库提出频谱资源共享请求。
优选地，所述干扰分析为基于最小耦合损耗的确定性分析方法。
优选地，所述确定所管理的认知无线电系统中每个认知节点的可申请频谱的集合包括以下步骤：
若所管理的认知无线电系统已经分配的频谱与已确定未分配的可申请频谱的集合中的可申请频谱的并集中频谱的数量大于或等于所管理的认知无线电系统可以分配的频谱数量的最大值，则利用下面的公式计算未确定的所述可申请频谱的集合：
Qapply(BSi)∈(Qinter-system(BSi)∩Qintra-system(BSi))
否则利用下面的公式计算所述可申请频谱的集合：
式中，BSi为所管理的认知无线电系统中认知节点索引，i∈[0,N]，N为所管理的认知无线电系统中发出所述共享频谱资源请求的认知节点的数目；Qapply(BSi)为以BSi为索引的认知节点的所述可申请频谱的集合；Qinter-system(BSi)为以BSi为索引的认知节点所述第一可用频谱的集合；Qintra-system(BSi)为根据系统内组网原则确定的以BSi为索引的认知节点的第二可用频谱的集合；
若得到所述可申请频谱的集合中可申请频谱的数量大于对应的共享频谱资源请求中预定频谱数量，则所述可申请频谱的集合取于所述预定频谱数量个可申请频谱。
优选地，所述根据系统内组网原则确定的以BSi为索引的认知节点的第二可用频谱的集合包括以下步骤：
若为同频组网，则所述第二可用频谱的集合等于所管理的认知无线电系统已经分配的频谱与已确定未分配的可申请频谱的集合的并集；
若为异频组网，则所述第二可用频谱等于所管理的认知无线电系统已经分配的频谱与已确定未分配的可申请频谱的集合的并集的N分之一，其中N为异频组网的异频数目。
优选地，所述认知节点的相关信息为向所述认知数据库进行查询。
对应于上述方法存在一种管理终端，包括接收模块、查询模块、可用频谱计算模块、可申请频谱计算模块以及请求模块；
所述接收模块用于接收所管理的认知无线电系统中的多个认知节点发送的多个共享频谱资源请求；
所述查询模块用于查询预定距离范围内的与其他认知无线电系统内的认知节点的相关信息；
所述可用频谱计算模块用于根据所述查询模块查询得到相关信息，进行干扰分析，确定所管理的认知无线电系统中每个认知节点的第一可用频谱的集合；
所述可申请频谱计算模块用于结合所管理的认知无线电系统已经分配的频谱、所管理的认知无线电系统中每个认知节点的第一可用频谱的集合以及所管理的认知无线电系统中每个认知节点的共享频谱资源请求，确定所管理的认知无线电系统中每个认知节点的可申请频谱的集合；
所述请求模块用于根据所管理的认知无线电系统中每个认知节点的可申请频谱的集合向认知数据库提出频谱资源共享请求。
优选地，所述可用频谱计算模块利用基于最小耦合损耗的确定性分析方法进行干扰分析。
优选地，所述可申请频谱计算模块包括可申请频谱计算单元以及判别单元；
所述可申请频谱计算单元在所管理的认知无线电系统已经分配的频谱与已确定未分配的可申请频谱的集合中的可申请频谱的并集中频谱的数量大于或等于所管理的认知无线电系统可以分配的频谱数量的最大值时，利用下面的公式计算未确定的所述可申请频谱的集合：
Qapply(BSi)∈(Qinter-system(BSi)∩Qintra-system(BSi))
在所管理的认知无线电系统已经分配的频谱与已确定未分配的可申请频谱的集合中的可申请频谱的并集中频谱的数量小于所管理的认知无线电系统可以分配的频谱数量的最大值时，利用下面的公式计算未确定的所述可申请频谱的集合：
式中，BSi为所管理的认知无线电系统中认知节点索引，i∈[0,N]，N为所管理的认知无线电系统中发出所述共享频谱资源请求的认知节点的数目；Qapply(BSi)为以BSi为索引的认知节点的所述可申请频谱的集合；Qinter-system(BSi)为以BSi为索引的认知节点所述第一可用频谱的集合；Qintra-system(BSi)为根据系统内组网原则确定的以BSi为索引的认知节点的第二可用频谱的集合；
所述判别单元用于判断得到所述可申请频谱的集合中可申请频谱的数量是否大于对应的共享频谱资源请求中预定频谱数量，若是则所述可申请频谱的集合取于所述预定频谱数量个可申请频谱。
优选地，所述可申请频谱计算模块还包括可用频谱确定单元，其用于在所管理的认知无线电系统为同频组网时，确定所述第二可用频谱的集合等于所管理的认知无线电系统已经分配的频谱与已确定未分配的可申请频谱的集合的并集；在所管理的认知无线电系统为异频组网时，确定所述第二可用频谱等于所管理的认知无线电系统已经分配的频谱与已确定未分配的可申请频谱的集合的并集的N分之一，其中N为异频组网的异频数目。
优选地，所述查询模块向所述认知数据库查询认知节点的相关信息。
(三)有益效果
本发明提供了认知无线电系统频谱共享方法及管理终端，本发明在向认知数据库申请频谱资源之前，对所管理的认知无线电系统中每个认知节点的共享频谱资源请求进行分析处理，通过访问认知数据库获得邻近认知无线电系统的认知节点的相关信息，之后利用定性分析方法根据系统间共存进行干扰分析，确定所管理的认知无线电系统中每个认知节点的第一可用频谱；之后进行系统内组网分析，结合所管理的认知无线电系统已经分配的频谱、所管理的认知无线电系统中每个认知节点的第一可用频谱以及对应的共享频谱资源请求最终确定所管理的认知无线电系统中每个认知节点的可申请频谱，充分满足了每个认知节点的需求，分配频谱资源的可用性大大提高，从而提高了共享频谱的分配效率。另外，通过利用认知数据库备案的认知节点信息实现了不同认知无线电系统所辖认知节点的干扰隔离和共存，利于认知无线电系统最大化利用共享频谱。
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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中230MHz频段共享资源组划分示意图；
图2为本发明的一个较佳实施例的认知无线电系统的频谱共享方法的流程图；
图3为本发明的中认知无线电频谱共享系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
一种认知无线电系统的频谱共享方法，如图2所示，所述方法包括以下步骤：
S1、接收所管理的认知无线电系统中的多个认知节点发送的多个共享频谱资源请求；
S2、查询预定距离范围内的与其他认知无线电系统内的认知节点的相关信息，并根据查询得到的相关信息，进行干扰分析，确定所管理的认知无线电系统中每个认知节点的第一可用频谱的集合；
S3、结合所管理的认知无线电系统已经分配的频谱、所管理的认知无线电系统中每个认知节点的第一可用频谱的集合以及所管理的认知无线电系统中每个认知节点的共享频谱资源请求，确定所管理的认知无线电系统中每个认知节点的可申请频谱的集合；
S4、根据所管理的认知无线电系统中每个认知节点的可申请频谱的集合向认知数据库提出频谱资源共享请求。
在向认知数据库申请频谱资源之前，对所管理的认知无线电系统中每个认知节点的共享频谱资源请求进行分析处理，通过访问认知数据库获得邻近认知无线电系统的认知节点相关信息，之后利用干扰分析确定所管理的认知无线电系统中每个认知节点的第一可用频谱；根据第一可用频谱处理后的到的可申请频谱，可以充分满足了每个认知节点的需求，从而提高了分配频谱资源的可用性预计共享频谱的分配效率。
进一步地，所述干扰分析为基于最小耦合损耗的确定性分析方法。
进一步地，所述确定所管理的认知无线电系统中每个认知节点的可申请频谱的集合包括以下步骤：
若所管理的认知无线电系统已经分配的频谱与已确定未分配的可申请频谱的集合中的可申请频谱的并集中频谱的数量大于或等于所管理的认知无线电系统可以分配的频谱数量的最大值，则利用下面的公式计算未确定的所述可申请频谱的集合：
Qapply(BSi)∈(Qinter-system(BSi)∩Qintra-system(BSi))
否则利用下面的公式计算所述可申请频谱的集合：
式中，BSi为所管理的认知无线电系统中认知节点索引，i∈[0,N]，N为所管理的认知无线电系统中发出所述共享频谱资源请求的认知节点的数目；Qapply(BSi)为以BSi为索引的认知节点的所述可申请频谱的集合；Qinter-system(BSi)为以BSi为索引的认知节点所述第一可用频谱的集合；Qintra-system(BSi)为根据系统内组网原则确定的以BSi为索引的认知节点的第二可用频谱的集合；
若得到所述可申请频谱的集合中可申请频谱的数量大于对应的共享频谱资源请求中预定频谱数量，则所述可申请频谱的集合取于所述预定频谱数量个可申请频谱。
获得的可申请频谱是针对每一个认知节点的，因此相对于现有技术获得的频谱的可用性非常高，分配效率得到大大提高。
进一步地，所述根据系统内组网原则确定的以BSi为索引的认知节点的第二可用频谱的集合包括以下步骤：
若为同频组网，则所述第二可用频谱的集合等于所管理的认知无线电系统已经分配的频谱与已确定未分配的可申请频谱的集合的并集；
若为异频组网，则所述第二可用频谱等于所管理的认知无线电系统已经分配的频谱与已确定未分配的可申请频谱的集合的并集的N分之一，其中N为异频组网的异频数目。
进一步地，所述认知节点的相关信息为向所述认知数据库进行查询。认知数据库保存所有节点的相关信息，以备查询和使用。
对应于上述方法存在一种管理终端，包括接收模块、查询模块、可用频谱计算模块、可申请频谱计算模块以及请求模块；
所述接收模块用于接收所管理的认知无线电系统中的多个认知节点发送的多个共享频谱资源请求；
所述查询模块用于查询预定距离范围内的与其他认知无线电系统内的认知节点的相关信息；
所述可用频谱计算模块用于根据所述查询模块查询得到相关信息，进行干扰分析，确定所管理的认知无线电系统中每个认知节点的第一可用频谱的集合；
所述可申请频谱计算模块用于结合所管理的认知无线电系统已经分配的频谱、所管理的认知无线电系统中每个认知节点的第一可用频谱的集合以及所管理的认知无线电系统中每个认知节点的共享频谱资源请求，确定所管理的认知无线电系统中每个认知节点的可申请频谱的集合；
所述请求模块用于根据所管理的认知无线电系统中每个认知节点的可申请频谱的集合向认知数据库提出频谱资源共享请求。
进一步地，所述可用频谱计算模块利用基于最小耦合损耗的确定性分析方法进行干扰分析。
进一步地，所述可申请频谱计算模块包括可申请频谱计算单元以及判别单元；
所述可申请频谱计算单元在所管理的认知无线电系统已经分配的频谱与已确定未分配的可申请频谱的集合中的可申请频谱的并集中频谱的数量大于或等于所管理的认知无线电系统可以分配的频谱数量的最大值时，利用下面的公式计算未确定的所述可申请频谱的集合：
Qapply(BSi)∈(Qinter-system(BSi)∩Qintra-system(BSi))
在所管理的认知无线电系统已经分配的频谱与已确定未分配的可申请频谱的集合中的可申请频谱的并集中频谱的数量小于所管理的认知无线电系统可以分配的频谱数量的最大值时，利用下面的公式计算未确定的所述可申请频谱的集合：
式中，BSi为所管理的认知无线电系统中认知节点索引，i∈[0,N]，N为所管理的认知无线电系统中发出所述共享频谱资源请求的认知节点的数目；Qapply(BSi)为以BSi为索引的认知节点的所述可申请频谱的集合；Qinter-system(BSi)为以BSi为索引的认知节点所述第一可用频谱的集合；Qintra-system(BSi)为根据系统内组网原则确定的以BSi为索引的认知节点的第二可用频谱的集合；
所述判别单元用于判断得到所述可申请频谱的集合中可申请频谱的数量是否大于对应的共享频谱资源请求中预定频谱数量，若是则所述可申请频谱的集合取于所述预定频谱数量个可申请频谱。
进一步地，所述可申请频谱计算模块还包括可用频谱确定单元，其用于在所管理的认知无线电系统为同频组网时，确定所述第二可用频谱的集合等于所管理的认知无线电系统已经分配的频谱与已确定未分配的可申请频谱的集合的并集；在所管理的认知无线电系统为异频组网时，确定所述第二可用频谱等于所管理的认知无线电系统已经分配的频谱与已确定未分配的可申请频谱的集合的并集的N分之一，其中N为异频组网的异频数目。
进一步地，所述查询模块向所述认知数据库查询认知节点的相关信息。
下面结合实施例对本发明的技术方案详细说明。
以下所述的第一认知无线电系统为所管理的认知无线电系统，第一认知节点为所管理的认知无线电系统中的认知节点，第二认知无线电系统为预定距离范围内的与其他认知无线电系统，第二认知节点为预定距离范围内的与其他认知无线电系统内的认知节点，目的查询范围为预定距离范围。
一种认知无线电系统的频谱共享方法，所述方法包括以下步骤：
S1、接收多个第一认知节点发送的多个共享频谱资源请求，其中所述多个第一认知节点属于第一认知无线电系统，共享频谱资源请求包括对应的第一认知节点的身份表示ID以及其请求的频谱数量；
此步骤中是由第一认知无线电系统中的第一数据管理器接收多个第一认知节点发送的共享频谱资源请求；
S2、根据预定查询范围以及所述多个共享频谱资源请求确定多个目的查询范围；
此步骤由第一认知无线电系统的认知数据库完成，认知数据库根据共享频谱资源请求中的ID确定对应的第一认知节点的地理位置，以所述第一认知节点的地理位置为中心，所述预定查询范围为半径确定的圆即为一个目的查询范围；另外预定查询范围可以携带于共享频谱资源请求中传递给认知数据库，也可以设置于认知数据库中；从步骤中目的查询范围通过计算得到，也可以根据实际情况预先设定；每个认知节点可以利用上述方法确定一个目的查询范围，同样也可以第一认知无线电系统确定一个目的查询范围，该范围远远大于认知节点的目的查询范围，将系统所有节点的可能查询范围都包含在内；
S3、针对每一个所述目的查询范围，查询其范围内的第二认知无线电系统中的频谱使用情况以及第二认知无线电系统内的第二认知节点的相关信息，并根据查询得到信息，利用确定性分析方法进行干扰分析，确定对应于一所述第一认知节点的第一可用频谱；
此步骤中由第一数据管理器完成干扰分析，目的查询范围内的第二认知无线电系统可以有1个或多个，干扰分析需要针对所有第二认知无线电系统及其内部的所有第二认知节点的信息进行；
S4、结合所述第一认知无线电系统已经分配的频谱、每个所述第一认知节点的第一可用频谱以及对应于每个第一认知节点的所述共享频谱资源请求中的频谱数量确定每个所述第一认知节点的可申请频谱；此步骤由第一数据管理器完成；
S5、根据每个所述第一认知节点的可申请频谱向认知数据库提出频谱资源共享请求，此步骤第一数据管理器完成。
进一步地，上述方法在接收多个第一认知节点的共享频谱资源请求之前包括生成所述共享频谱资源请求的步骤：
所述第一认知节点根据其服务质量要求以及其频谱使用情况确定是否生成所述共享频谱资源请求。认知节点认知系统中具备学习能力的无线接入设备。具体地，根据业务的服务质量QoS要求如保证比特速率GBR，转化为需要的频谱数量，再根据其现在频谱使用情况(即正在使用的频谱数量)确定其还需要的频谱数量。需要说明的上述共享频谱资源请求的生成方法是一种优选的方式，并不限于这种生成方式。
进一步地，上述步骤S1中第一数据管理器周期性处理认知节点的共享频谱资源请求，向认知数据库发起查询请求。具体地，到达认知数据库处理周期，第一数据管理器周如果收到第一认知节点的共享频谱资源请求，向认知数据库发起查询请求。认知数据库根据查询请求确定查询条件后进行查询，并将结果反馈给S1中第一数据管理器。
进一步地，上述步骤S3中查询得到信息包括第二认知无线电系统的频谱使用情况，即使用了哪些频谱以及分别被哪些第二认知节点使用，查询得到信息还包括第二认知节点的信息，即第二认知节点的地理位置、发射功率、天线增益、天线高度、接收机灵敏度以及解调门限。
上述步骤S3中确定性分析方法是基于最小耦合损耗的确定性分析方法，具体地：干扰评估公式为
Pe(Fi)-MCL(Fi)<＝Imax(Fi)
式中，Fi是研究的频率；Pe(Fi)是产生干扰的发射机在频率Fi上的发射功率；MCL(Fi)是在频率Fi上发射机和接收机之间的最小耦合损耗(第一认知无线电系统和第二认知无线电系统的最小耦合损耗)；Imax(Fi)是在频率Fi上的可接受的最大干扰电平，可由接收机灵敏度和解调门限得出。并且上式中
MCL＝IL-Gain_Tx-Gain_Rx
其中，Gain_Tx发射天线增益，Gain_Rx接收天线增益，IL两天线之间的隔离损耗。
上述确定性分析方法考虑系统间共存，研究在最坏情况下的共存干扰问题，通过计算两个系统之间的最小耦合损耗来确定系统间的干扰情况。其中提到的发射机属于第一认知无线电系统或第二认知无线电系统，接收机属于第二认知无线电系统或第一认知无线电系统。两个认知无线电系统需要互相计算干扰，只有同时满足干扰评估公式的频率才是所述可用频谱。
上述公式中需要的信息都记录在相应认知节点的节点信息中，并存储在认知数据库中。
进一步地，上述步骤S4中确定每个所述第一认知节点的可申请频谱包括以下步骤：
若所述第一认知无线电系统已经分配的频谱与已确定未分配的可申请频谱的并集中的频谱数量大于所述第一认知无线电系统可以分配的频谱数量的最大值，则利用下面的公式计算未确定的所述可申请频谱：
Qapply(BSi)∈(Qinter-system(BSi)∩Qintra-system(BSi))
否则利用下面的公式计算所述可申请频谱：
式中，BSi为所述第一认知节点索引，i∈[0,N]，N为所述第一认知无线电系统中发出所述共享频谱资源请求的所述第一认知节点的数目；Qapply(BSi)为所述可申请频谱的集合；Qinter-system(BSi)为所述第一可用频谱的集合；Qintra-system(BSi)为第二可用频谱的集合，其根据系统内组网原则确定的以BSi为索引的认知节点的可用频谱。
上述根据系统内组网原则确定的以BSi为索引的认知节点的可用频谱以下步骤：
若为同频组网，则所述第二可用频谱等于所述第一认知无线电系统已经分配的频谱与已经确定的所述可申请频谱的并集；
若为异频组网，则所述第二可用频谱等于所述第一认知无线电系统已经分配的频谱与已经确定的所述可申请频谱的并集的N分之一，其中N为异频组网的异频数目。
上述步骤S4考虑系统内组网，是在不违背系统组网原则的情况下，决策每个第一认知节点可申请频谱的。上述确定的可申请频谱的数量不超过对应的第一认知节点生成的共享频谱资源请求中预定的频谱数量，若得到所述可申请频谱的数量大于所述共享频谱资源请求预定的频谱数量，则所述可申请频谱取于所述共享频谱资源请求预定的频谱数量个频谱。
上述已经确定的可申请频谱也是利用步骤S4计算得到，初始为零。
第一认知系统下有多个第一认知节点，每个第一认知节点的第一可用频谱可能全部相同，可能部分相同，也可能完全不同。
上述第一认知无线电系统已经分配的频谱的数量与已经确定的所述可申请频谱(当前将要申请的频谱数量，即对当前完成计算的认知节点的可申请频谱)的并集的处理方式对经分配的频谱的数量于已经确定的所述可申请频谱中频谱相同的部分不会重复计数。认知系统有多个认知节点，按一定顺序处理每个认知节点，先处理完的所有认知节点都会影响后处理的认知节点的计算。
综上，第一认知无线电系统根据其认知节点的需求，向认知数据库发起查询。第一认知无线电系统根据查询结果做干扰分析，结合其已分配频谱，在不违背系统组网原则的情况下，选择满足认知节点需求的可申请频谱，向认知数据库发起申请。认知数据库审核第一认知无线电系统的认知节点的可申请频谱是否可用，并向认知无线电系统下发批准或拒绝。
对应于上面的方法，本发明还公开了一种认知无线电频谱共享系统，如图3所示，所述系统包括认知数据库、第一认知无线电系统、多个第二认知无线电系统；其中所述第一认知无线电系统包括多个第一认知节点和第一数据管理器(即本发明的管理终端)，所述第二认知无线电系统包括多个第二认知节点；
所述第一数据管理器，接收多个所述第一认知节点发送的多个共享频谱资源请求，根据预定查询范围以及所述多个共享频谱资源请求确定多个目的查询范围；针对每一个所述目的查询范围，向所述认知数据库查询目的查询范围内的第二认知无线电系统中的频谱使用情况以及第二认知无线电系统内的第二认知节点的相关信息，并根据查询得到信息，利用确定性分析方法进行干扰分析，确定对应于所述第一认知节点的第一可用频谱；结合所述第一认知无线电系统已经分配的频谱、每个所述第一认知节点的第一可用频谱以及对应于每个第一认知节点的所述共享频谱资源请求确定每个所述第一认知节点的可申请频谱；根据每个所述第一认知节点的可申请频谱向所述认知数据库提出频谱资源共享请求。
上述第一数据管理器是认知无线电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无线电系统(第二认知无线电系统)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。第一数据管理器可以是独立的设备，也可以设置在认知节点设备中。
进一步地，所述第一认知节点包括请求生成单元，其根据服务质量要求以及其频谱使用情况确定是否生成所述共享频谱资源请求。
进一步地，所述第一数据管理管理器包括可申请频谱计算单元；若所述第一认知无线电系统已经分配的频谱与已经确定未分配的所述可申请频谱的并集中频谱数量大于所述第一认知无线电系统可以分配的频谱数量的最大值，则所述可申请频谱计算单元利用下面的公式计算所述可申请频谱：
Qapply(BSi)∈(Qinter-system(BSi)∩Qintra-system(BSi))
否则利用下面的公式计算所述可申请频谱：
式中，BSi为所述第一认知节点索引，i∈[0,N]，N为所述第一认知无线电系统中发出所述共享频谱资源请求的所述第一认知节点的数目；Qapply(BSi)为所述可申请频谱的集合；Qinter-system(BSi)为所述第一可用频谱的集合；Qintra-system(BSi)为根据系统内组网原则确定的以BSi为索引的认知节点的第二可用频谱的集合；
若所述可申请频谱计算单元得到所述可申请频谱的数量大于所述共享频谱资源请求预定的频谱数量，则所述可申请频谱取于所述共享频谱资源请求预定的频谱数量个频谱。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种认知无线电系统的频谱共享方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
接收所管理的认知无线电系统中的多个认知节点发送的多个共享频谱资源请求；
查询预定距离范围内的与其他认知无线电系统内的认知节点的相关信息，并根据查询得到的相关信息，进行干扰分析，确定所管理的认知无线电系统中每个认知节点的第一可用频谱的集合；
结合所管理的认知无线电系统已经分配的频谱、所管理的认知无线电系统中每个认知节点的第一可用频谱的集合以及所管理的认知无线电系统中每个认知节点的共享频谱资源请求，确定所管理的认知无线电系统中每个认知节点的可申请频谱的集合；
根据所管理的认知无线电系统中每个认知节点的可申请频谱的集合向认知数据库提出频谱资源共享请求；其中，所述确定所管理的认知无线电系统中每个认知节点的可申请频谱的集合包括以下步骤：
若所管理的认知无线电系统已经分配的频谱与已确定未分配的可申请频谱的集合中的可申请频谱的并集中频谱的数量大于或等于所管理的认知无线电系统可以分配的频谱数量的最大值，则利用下面的公式计算未确定的所述可申请频谱的集合：
Qapply(BSi)∈(Qinter-system(BSi)∩Qintra-system(BSi))
否则利用下面的公式计算所述可申请频谱的集合：
式中，BSi为所管理的认知无线电系统中认知节点索引，i∈[0,N]，N为所管理的认知无线电系统中发出所述共享频谱资源请求的认知节点的数目；Qapply(BSi)为以BSi为索引的认知节点的所述可申请频谱的集合；Qinter-system(BSi)为以BSi为索引的认知节点所述第一可用频谱的集合；Qintra-system(BSi)为根据系统内组网原则确定的以BSi为索引的认知节点的第二可用频谱的集合；其中，若为同频组网，则所述第二可用频谱的集合等于所管理的认知无线电系统已经分配的频谱与已确定未分配的可申请频谱的集合的并集；
若为异频组网，则所述第二可用频谱等于所管理的认知无线电系统已经分配的频谱与已确定未分配的可申请频谱的集合的并集的N分之一，其中N为异频组网的异频数目；
若得到所述可申请频谱的集合中可申请频谱的数量大于对应的共享频谱资源请求中预定频谱数量，则所述可申请频谱的集合取于所述预定频谱数量个可申请频谱。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干扰分析为基于最小耦合损耗的确定性分析方法。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述认知节点的相关信息为向所述认知数据库进行查询。
4.一种管理终端，其特征在于，包括接收模块、查询模块、可用频谱计算模块、可申请频谱计算模块以及请求模块；
所述接收模块用于接收所管理的认知无线电系统中的多个认知节点发送的多个共享频谱资源请求；
所述查询模块用于查询预定距离范围内的与其他认知无线电系统内的认知节点的相关信息；
所述可用频谱计算模块用于根据所述查询模块查询得到相关信息，进行干扰分析，确定所管理的认知无线电系统中每个认知节点的第一可用频谱的集合；
所述可申请频谱计算模块用于结合所管理的认知无线电系统已经分配的频谱、所管理的认知无线电系统中每个认知节点的第一可用频谱的集合以及所管理的认知无线电系统中每个认知节点的共享频谱资源请求，确定所管理的认知无线电系统中每个认知节点的可申请频谱的集合；
所述请求模块用于根据所管理的认知无线电系统中每个认知节点的可申请频谱的集合向认知数据库提出频谱资源共享请求；
其中，所述可申请频谱计算模块包括可申请频谱计算单元以及判别单元；
所述可申请频谱计算单元在所管理的认知无线电系统已经分配的频谱与已确定未分配的可申请频谱的集合中的可申请频谱的并集中频谱的数量大于或等于所管理的认知无线电系统可以分配的频谱数量的最大值时，利用下面的公式计算未确定的所述可申请频谱的集合：
Qapply(BSi)∈(Qinter-system(BSi)∩Qintra-system(BSi))
在所管理的认知无线电系统已经分配的频谱与已确定未分配的可申请频谱的集合中的可申请频谱的并集中频谱的数量小于所管理的认知无线电系统可以分配的频谱数量的最大值时，利用下面的公式计算未确定的所述可申请频谱的集合：
式中，BSi为所管理的认知无线电系统中认知节点索引，i∈[0,N]，N为所管理的认知无线电系统中发出所述共享频谱资源请求的认知节点的数目；Qapply(BSi)为以BSi为索引的认知节点的所述可申请频谱的集合；Qinter-system(BSi)为以BSi为索引的认知节点所述第一可用频谱的集合；Qintra-system(BSi)为根据系统内组网原则确定的以BSi为索引的认知节点的第二可用频谱的集合；其中，所述可申请频谱计算模块还包括可用频谱确定单元，其用于在所管理的认知无线电系统为同频组网时，确定所述第二可用频谱的集合等于所管理的认知无线电系统已经分配的频谱与已确定未分配的可申请频谱的集合的并集；在所管理的认知无线电系统为异频组网时，确定所述第二可用频谱等于所管理的认知无线电系统已经分配的频谱与已确定未分配的可申请频谱的集合的并集的N分之一，其中N为异频组网的异频数目；
所述判别单元用于判断得到所述可申请频谱的集合中可申请频谱的数量是否大于对应的共享频谱资源请求中预定频谱数量，若是则所述可申请频谱的集合取于所述预定频谱数量个可申请频谱。
5.根据权利要求4所述的管理终端，其特征在于，所述可用频谱计算模块利用基于最小耦合损耗的确定性分析方法进行干扰分析。
6.根据权利要求4所述的管理终端，其特征在于，所述查询模块向所述认知数据库查询认知节点的相关信息。
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