CN109982330A - 频谱资源调度方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种频谱资源调度方法，该方法包括：判断是否存在信号制式冲突的用户设备/群组；若存在，则进行冲突场景下的资源调度，其中冲突场景下的资源调度包括：为信号制式冲突的用户设备/群组分配对应的波束赋形参数以进行空间隔离。本发明还公开了一种频谱资源调度装置和可读存储介质。通过上述方式，本发明能够减少甚至免去频率保护带的使用，提高频谱利用率。

Description

频谱资源调度方法及装置
技术领域
本发明涉及通信领域，特别是涉及一种频谱资源调度方法及装置。
背景技术
面向未来的数字集群通信系统中，采用窄带和宽带融合的方式已成为行业的最佳选择。为了提高频谱利用率，出现了宽带信号与窄带信号在相邻频谱资源上发送的场景。由于目前主流的窄带信号制式与宽带信号制式并不兼容，在宽带信号与窄带信号频谱资源临近时将会出现大量的干扰。如何降低宽窄带间的干扰是宽窄融合的一个重要问题。
为了抑制宽窄带信号间的干扰，现有技术中提出了在宽带信号和窄带信号间加入固定大小的频率保护带，将宽带信号和窄带信号隔离开来以降低宽窄带信号之间的干扰。此方式实现较为简单，但会浪费大量宝贵的频谱资源，严重降低频谱利用率。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种频谱资源调度方法及装置，能够解决现有技术中使用频率保护带来抑制宽窄带信号之间的干扰会严重降低频谱利用率的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种频谱资源调度方法，该方法包括：判断是否存在信号制式冲突的用户设备/群组；若存在，则进行冲突场景下的资源调度，其中冲突场景下的资源调度包括：为信号制式冲突的用户设备/群组分配对应的波束赋形参数以进行空间隔离。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种频谱资源调度装置，该装置包括处理器和通信电路，处理器连接通信电路，处理器用于执行指令以实现前述的频谱资源调度方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可读存储介质，存储有指令，指令被执行时实现前述的频谱资源调度方法。
本发明的有益效果是：通过使用波束赋形技术，使得为信号制式冲突的用户设备/群组服务的波束指向目标用户设备/群组，由于冲突的不同用户设备/群组的位置不一定相同，相应的服务波束的指向不一定一致，指向不同的波束会带来信号干扰的衰减，从而减少甚至免去频率保护带的使用，提高频谱利用率。
附图说明
图1是本发明频谱资源调度方法第一实施例的流程示意图；
图2是本发明频谱资源调度方法第一实施例中空间隔离的示意图；
图3是本发明频谱资源调度方法第一实施例中波束之间的间隔角度与干扰衰减的映射关系的示意图；
图4是本发明频谱资源调度方法第二实施例的流程示意图；
图5是本发明频谱资源调度方法第三实施例的流程示意图；
图6是本发明频谱资源调度方法第四实施例的一个例子中PDT信号频点设置在LTE信号保护带内的示意图；
图7是本发明频谱资源调度装置第一实施例的结构示意图；
图8是本发明可读存储介质第一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。以下各实施例中不冲突的可以相互结合。
如图1所示，本发明频谱资源调度方法第一实施例包括：
S1：判断是否存在信号制式冲突的用户设备(User Equipment，UE)/群组。
本实施例的执行主体为频谱资源的调度方，例如基站。
群组内包括若干个用户设备，这些用户设备共用同样的时频资源。
信号制式冲突是指不同信号制式之间不兼容，例如长期演进(Long TermEvolution，LTE)信号与警用数字集群(Police Digital Trunking，PDT)信号。信号制式冲突的用户设备/群组的包括至少两个信号制式互不兼容的用户设备/群组。
如果当前待调度资源需要分配给信号制式冲突的用户设备/群组，例如使用LTE信号的用户设备/群组和使用PDT信号的用户设备/群组，则表示存在信号制式冲突的用户设备/群组，反之则表示不存在信号制式冲突的用户设备/群组。
如果不存在信号制式冲突的用户设备/群组，可以直接按照正常的流程进行调度。
S2：若存在，则进行冲突场景下的资源调度，其中冲突场景下的资源调度包括为信号制式冲突的用户设备/群组分配对应的波束赋形参数以进行空间隔离。
冲突场景下的资源调度可能需要抑制冲突的不同信号制式的用户设备/群组的信号之间存在的干扰。在本实施例中，为信号制式冲突的用户设备/群组分配对应的波束赋形参数，以在后续的信号发送/接收过程中采用波束赋形技术发送和/或接收信号制式冲突的用户设备/群组的信号。波束赋形是一种基于天线阵列的信号预处理技术，波束赋形通过调整天线阵列中每个阵元的加权系数产生具有指向性的波束。
使用波束赋形技术，使得为信号制式冲突的用户设备/群组服务的波束指向其对应的用户设备/群组。服务波束不一定要完全精准的指向其服务目标以达到最大增益，也可以考虑其他因素，例如尽量减小干扰。
由于冲突的不同用户设备/群组的位置不一定相同，相应的服务波束的指向不一定一致，实现了空间隔离。举例说明，如图2所示，用户设备A和用户设备B使用的信号制式相互冲突，群组C(包括用户设备C1、C2、C3)和群组D(包括用户设备D1、D2、D3)使用的信号制式相互冲突。采用波束赋形技术之后，波束A为用户设备A服务，波束B为用户设备B服务，波束A和波束B的指向不同；波束C为群组C服务，波束D为群组D服务，波束C和波束D的指向不同。指向不同的波束会带来信号干扰的衰减。波束之间的间隔角度越大，干扰衰减越大，具体映射关系可以如图3所示。
如果空间隔离带来的干扰衰减能够满足抑制干扰的需要，那么就不需要使用频率保护带；如果空间隔离带来的干扰衰减不能够满足抑制干扰的需要，也能够减少所需要的频率保护带的带宽，从而提高频谱利用率。
如图4所示，本发明频谱资源调度方法第二实施例，是在本发明频谱资源调度方法第一实施例的基础上，S2进一步包括：
S21：根据波束宽度及信号制式冲突的用户设备/群组的位置信息计算空间隔离的干扰衰减。
可以根据用户设备/群组的位置信息确认其服务波束的指向，从而计算出不同波束之间的间隔角度，然后利用间隔角度和波束宽度计算出空间隔离的干扰衰减。一般而言，波束宽度越大，空间隔离的干扰衰减越小，而间隔角度和干扰衰减之间的映射关系可参考图3。
用户设备/群组的位置信息可以包括其俯仰角和/或方位角。
群组的位置信息可以是其整体的位置信息，也可以是其中某个用户设备的用户信息。在本发明一个实施例中，群组的位置信息为该群组中距离信号制式冲突的另一群组最近的用户设备的位置信息。仍以图2中的群组C和群组D举例说明，群组C的位置信息为其中的用户设备C2的位置信息，群组C的位置信息为其中的用户设备D2的位置信息。
在本步骤的执行之前可以根据接收到的来自于信号制式冲突的用户设备/群组的信号获取信号制式冲突的用户设备/群组的位置信息，具体内容可参考后续实施例的描述。
S22：根据空间隔离的干扰衰减、信号制式冲突的用户设备/群组的当前功率及业务要求判断经过空间隔离之后的信号功率能否满足业务要求。
系统能够正常通信的条件为：
Puser-ΔIij≥SirNeed (1)
其中，Puser为信号制式冲突的用户设备/群组的当前功率，ΔIij为经过干扰抑制之后剩余的信号间干扰功率，SirNeed为满足业务要求的最低信噪比(一般由用户设备/群组当前使用的业务决定)，下标i,j为不同制式的用户设备/群组的索引，本实施例中各参数的单位是经过对数运算的，例如分贝毫瓦(dBm)或分贝(dB)，因此在计算时使用的是加减法。执行本步骤之前可以获取信号制式冲突的用户设备/群组的当前功率。
为判断经过空间隔离之后的信号功能能够满足业务需求，先令Iij为当前的信号间干扰功率，为空间隔离带来的的干扰衰减，得到的判断式如下：
如果式(2)能够成立，则可以认为用户设备/群组的信号之间完全不相关，可以不使用频域保护带而直接跳转到步骤S24；如果式(2)不成立，则可以认为用户设备/群组的信号之间相关，需要使用频域保护带，跳转至步骤S23以计算频域保护带的带宽，即频域间隔。
在本发明一个实施例中，Iij可以近似为信号制式冲突的另一用户设备/群组的当前功率。仍以图2中的用户设备A和用户设备B为例来说明，假设Puser为用户设备A的当前功率，则Iij为用户设备B的当前功率，反之亦然。
S23：计算空间隔离之外所需的频域间隔。
在此情况下，需要使用空间隔离和频域保护带来进行干扰抑制，因此令为频域间隔带来的功率衰减，代入式(1)可得
又因为可得：
其中，f为信号干扰功率计算函数，f-1为信号干扰功率计算函数的反函数。
跳转至步骤S24。
S24：为信号制式冲突的用户设备/群组分配时频资源。
如果需要使用频率保护带，分配时频资源时应按照计算得到频域间隔进行频域分集，即在频域上使用带宽为频域间隔的频率保护带将分配给信号制式冲突的用户设备/群组时频资源分隔开。
在多用户设备/群组调度的情况下，如果需要使用的频率保护带不止一个，则可以选择按照其带宽，即频域间隔从小到大的顺序对分配的时频资源在频域上进行分集排布。
如果不需要使用频率保护带，分配时频资源时无需考虑频域分集。
后续可以使用分配的时频资源与用户设备/群组进行通信。
举例说明，用户设备调度所需的基本参数为(β，α，Puser)，其中β为俯仰角，α为方位角，Puser为当前功率。SirNeed＝0db。
假设用户设备1(PDT)和用户设备2(LTE)的基本参数分别为(0°，0°，-10dbm)和(0°，75°，-10dbm)，可得分别指向两者的波束之间的间隔角度为75°，空间隔离的干扰衰减比率为100％，无需使用频率保护带。假设用户设备1和用户设备2的基本参数分别为(0°，0°，-10dbm)和(0°，15°，-10dbm)，可得分别指向两者的波束之间的间隔角度为15°，空间隔离的干扰衰减为18db，则频率保护带带来的干扰衰减最小为计算可得频率保护带的带宽，即频谱间隔为12.5kHz。
如图5所示，本发明频谱资源调度方法第三实施例，是在本发明频谱资源调度方法第二实施例的基础上，进行资源调度之前先获取调度所需的基本参数。本实施例是对本发明频谱资源调度方法第二实施例的进一步扩展，因此与本发明频谱资源调度方法第二实施例相同的内容在此不再赘述。本实施例包括：
S31：根据不同高度天线阵元上接收到的信号相位获取用户设备/群组的俯仰角。
S32：根据不同方位天线阵元上接收到的信号相位获取用户设备/群组的方位角。
用户设备/群组的俯仰角和方位角组成其位置信息。
S33：获取用户设备/群组的当前功率。
S31-S33三个步骤可以是针对所有待调度的用户设备/群组的，且三者的执行顺序仅为示意，实际可以同时执行或者调换顺序。
S34：判断是否存在信号制式冲突的用户设备/群组。
若不存在，则跳转至步骤S35；若存在，则跳转至步骤S36。
在其他实施例中，也可以先执行本步骤，然后再获取信号制式冲突的用户设备/群组的基本参数，包括俯仰角、方位角、当前功率。
S35：按照正常流程进行调度。
结束流程。
S36：为信号制式冲突的用户设备/群组分配对应的波束赋形参数以进行空间隔离。
S37：根据波束宽度及信号制式冲突的用户设备/群组的位置信息计算空间隔离的干扰衰减。
S38：根据空间隔离的干扰衰减、信号制式冲突的用户设备/群组的当前功率及业务要求判断经过空间隔离之后的信号功率能否满足业务要求。
若能满足，则跳转到步骤S39；否则跳转到步骤S40。
S39：直接为信号制式冲突的用户设备/群组分配时频资源。
结束流程。
S40：计算空间隔离之外所需的频域间隔。
S41：按照频域间隔从小到大的顺序对信号制式冲突的用户设备/群组的时频资源在频域上进行分集排布。
S42：若分集排布后的所有时频资源在频域上超过系统带宽，则将部分信号制式冲突的用户设备/群组调度至不同传输时间间隔。
可以将信号制式冲突的用户设备/群组中的至少一组中的至少一个的用户设备/群组调度至不同传输时间间隔，从而在在时域上分隔该组信号制式冲突的用户设备/群组。调度之后当前传输时间间隔内分配的时频资源在频域上小于或者等于系统带宽。具体的，可以按照频域间隔从大到小的顺序依次对信号制式冲突的用户设备/群组进行分隔。
举例说明，用户设备3和用户设备4之间的频域间隔为10kHz，用户设备5和用户设备6之间的频域间隔为200kHz，用户设备3/4与用户设备5/6之间无需频域保护带。若同时调度用户设备3-6会导致分集排布后的时频资源在频域上超过系统带宽，则可选择将用户设备5或者6调度至其他传输时间间隔，例如下一个传输时间间隔。
本发明频谱资源调度方法第四实施例，是在本发明频谱资源调度方法第一实施例的基础上，利用宽带信号的保护带来进行宽窄融合。
冲突信号制式包括宽带信号和窄带信号，窄带信号的带宽一般远小于宽带信号的带宽。若窄带信号的带宽小于宽带信号的保护带的带宽，则可以将冲突的窄带信号的频点设置于宽带信号的保护带内。
以LTE信号作为宽带信号，PDT信号作为窄带信号来举例说明，LTE的保护带的带宽为2M，而PDT信号的带宽仅为12.5kHz，则PDT信号的频点可以设置在LTE的保护带中，如图6所示，从而进一步减少频谱占用。
需要注意的是，如果宽带信号和窄带信号之间需要使用频率保护带进行分隔，则优先考虑频率保护带的需求。假设频率保护带的带宽大于宽带信号的单侧保护带的带宽，则应将窄带信号的频点设置在宽带信号及其保护带之外。
如图7所示，本发明频谱资源调度装置第一实施例包括：处理器110和通信电路120，处理器110连接通信电路120。
通信电路120用于发送和接收数据，是频谱资源调度装置与其他通信设备进行通信的接口。
处理器110控制频谱资源调度装置的操作，处理器110还可以称为CPU(CentralProcessing Unit，中央处理单元)。处理器110可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器110还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
处理器110用于执行指令以实现本发明频谱资源调度方法第一第四实施例中任一个以及不冲突的组合所提供的方法。
本实施例中的频谱资源调度装置可以是频谱资源的调度方，例如基站，也可以是可集成于其中的独立部件，例如基带板等。
如图8所示，本发明可读存储介质第一实施例包括存储器210，存储器210存储有指令，该指令被执行时实现本发明频谱资源调度方法第一至第四实施例中任一个以及任意不冲突的组合所提供的方法。
存储器210可以包括只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、闪存(Flash Memory)、硬盘、光盘等。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施方式方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，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)或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种频谱资源调度方法，其特征在于，包括：
判断是否存在信号制式冲突的用户设备/群组；
若存在，则进行冲突场景下的资源调度，其中所述冲突场景下的资源调度包括：为所述信号制式冲突的用户设备/群组分配对应的波束赋形参数以进行空间隔离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述进行冲突场景下的资源调度进一步包括：
根据波束宽度及所述信号制式冲突的用户设备/群组的位置信息计算所述空间隔离的干扰衰减；
根据所述空间隔离的干扰衰减、所述信号制式冲突的用户设备/群组的当前功率及业务要求判断经过所述空间隔离之后的信号功率能否满足所述业务要求；
若不满足，则计算所述空间隔离之外所需的频域间隔，按照所述频域间隔为所述信号制式冲突的用户设备/群组分配时频资源；若满足，则直接为所述信号制式冲突的用户设备/群组分配时频资源。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述进行冲突场景下的资源调度之前进一步包括：
获取所述信号制式冲突的用户设备/群组的位置信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述信号制式冲突的用户设备/群组的位置信息包括俯仰角和/或方位角；
所述获取所述信号制式冲突的用户设备/群组的位置信息包括：
根据不同高度天线阵元上接收到的信号相位获取所述信号制式冲突的用户设备/群组的俯仰角；和/或
根据不同方位天线阵元上接收到的信号相位获取所述信号制式冲突的用户设备/群组的方位角。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述群组的位置信息为所述群组中距离所述信号制式冲突的另一所述群组最近的用户设备的位置信息。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述频域间隔
其中f-1为信号干扰功率计算函数的反函数，为频域间隔带来的功率衰减，且SirNeed为满足所述业务要求的最低信噪比，Puser为所述信号制式冲突的用户设备/群组的当前功率，Iij为当前的信号间干扰功率，为所述空间隔离的干扰衰减。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
Iij等于信号制式冲突的另一用户设备/群组的当前功率。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述进行冲突场景下的资源调度之前进一步包括：
获取所述信号制式冲突的用户设备/群组的当前功率。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述按照所述频域间隔为所述信号制式冲突的用户设备/群组分配时频资源包括：
按照所述频域间隔从小到大的顺序对所述信号制式冲突的用户设备/群组的所述时频资源在频域上进行分集排布。
10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述按照所述频域间隔从小到大的顺序对所述信号制式冲突的用户设备/群组的所述时频资源在频域上进行分集排布之后进一步包括：
若所述分集排布后的所有所述时频资源在频域上超过系统带宽，则将部分所述信号制式冲突的用户设备/群组调度至不同传输时间间隔。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于，
冲突信号制式包括宽带信号和窄带信号，所述窄带信号的频点可位于所述宽带信号的保护带内。
12.一种频谱资源调度装置，其特征在于，包括处理器和通信电路，所述处理器连接所述通信电路，所述处理器用于执行指令以实现如权利要求1-11中任一项所述的方法。
13.一种可读存储介质，存储有指令，其特征在于，所述指令被执行时实现如权利要求1-11中任一项所述的方法。
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