CN201947445U - 基于时间颗粒度的动态频谱分配系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于时间颗粒度的动态频谱分配系统，包括运营商基站、耦合矩阵模块、动态频谱管理模块、认知数据库模块、认知基站和非授权用户终端；在频谱共享的过程中，由于有了经济利益的激励，授权用户在不影响自身通信质量的前提下，可以通过共享频谱的方式，获得利益的最大化，从而能够积极的参与频谱共享；非授权用户也可以通过共享的方式，有效的缓解频谱资源紧张的局面。最终达到提高频谱资源的有效利用率。

Description

基于时间颗粒度的动态频谱分配系统

技术领域

本实用新型是一种应用于认知无线电中的基于时间颗粒度的动态频谱分配系统。

背景技术

基于时间颗粒度的动态频谱分配技术是实现具有认知功能的动态频谱管理网络中的关键技术之一，是国家科技重大专项“新一代宽带无线移动通信网”项目“面向WRC11的频谱有效利用关键技术研究及验证”子课题重点研究内容。

本实用新型就是依据2011年世界无线电通信大会(WRC-11)的相关议题，基于LTE场景及所建立认知无线网络验证平台，设计具有自主通信特征的动态频谱管理方法，在保证授权系统的服务质量和业务量需求的前提下，根据非授权系统对频谱的需求进行频谱资源的合理分配，使得系统频谱资源得到最佳利用。

实用新型内容

为了克服现有的频谱分配不合理引起的频谱资源缺乏，缓解频谱资源使用不均衡的问题，本实用新型提供了一种动态频谱分配技术，该技术能有效的提高频谱利用率，解决了非授权用户频谱拥挤，干扰严重的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的方案是：按照时间颗粒度大小将ASM(Advanced Spectrum Management先进频谱管理)频谱分配过程分成了两个阶段。所谓时间颗粒度，指相邻两次动态调控过程的时间间隔，一般情况下，多运营商之间的价格调控等政策需要在较长时间才重新调控一次(一般几个小时甚至几天)，称此时间间隔为大时间颗粒度，在小区间及小区内，由于用户的接入和退出，频谱资源变动较频繁，分配时间间隔很小(一般从几秒到几分)，称此时间间隔为小时间颗粒度。在多个不同运营商认知网络中，使用大时间颗粒度，通过动态Bertrand博弈方法，根据授权用户和非授权用户情况衡量代价与收益出租频谱资源，实现各方利益最大化；在LTE网络的小区间及小区内，使用小时间颗粒度，根据LTE网络具体环境，通过使用耦合矩阵方法，在保证授权用户服务质量的前提下实现小区内的频谱资源分配，使频谱资源得以共享，实现授权用户和非授权用户对资源的协调使用。

本实用新型的有益效果是，可以在认知无线电中动态的分配频谱资源，在保证授权用户服务质量的前提下，充分调动授权用户共享频谱的积极性，缓解非授权用户频谱资源紧张的局面，从而提高了频谱的利用率。

附图说明

图1所示为基于LTE网络的具有认知功能的动态频谱管理示意图。左边为大时间颗粒度的非授权用户动态频谱管理部分；右边为小时间颗粒度的LTE网络授权用户动态频谱管理部分。

图2所示为耦合矩阵与各模块的接口参数。

图3所示为基于小时间颗粒度的LTE授权用户动态频谱资源管理，主要由耦合矩阵模块、认知数据库模块和动态频谱管理(DSM)模块构成。

图4所示为基于大时间颗粒度的非授权用户共享频谱的过程。由非授权用户读取数据库模块中的相关信息，根据授权用户的频谱价格，进行价格博弈，最后选择信道。

具体实施方式

以下结合具体实例，对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，该系统包括运营商基站10、耦合矩阵模块30、动态频谱管理模块20、认知数据库模块40、认知基站50和非授权用户终端60。

1、运营商基站各自单独提供当前基站可用信道数及频谱价格。信道数和频谱价格由各基站布设情况及运营商决定。运营商可以依据经济效益最大化原则，在同等信道质量的前提下，设置频谱价格。

在多运营商层面，采用较大时间颗粒度，通过动态Bertrand博弈方法，动态的调整频谱价格。每个运营商均可以学习当前频谱价格、历史频谱价格、历史共享频谱效益和历史非授权用户的频谱需求信息，在不同时间周期选择合适的权值，调节频谱价格，以期获得最大化效益。由于频谱价格的更新时间间隔远远大于耦合矩阵中的各信道状态的更新时间间隔，因而称为大时间颗粒度。

2、耦合矩阵模块用于聚合各运营商的信息，用户信息，采用耦合矩阵的方法，实时的计算谱半径，采用“0，1，2模型”表示信道状态，并将计算结果存储在动态频谱管理模块和认知数据库模块中，为频谱资源的动态分配提供依据。

3、动态频谱管理模块实时的更新并标识各信道的使用状况。若某频段已经被授权用户占用，则该频段对其他授权用户和非授权用户来说是不可用的，赋予该频段“1”标志；若某频段未被占用，则该频段对授权用户和非授权用户来说是可用的，赋予该频段“0”标志；若某频段已经被非授权用户占用，赋予该频段“2”标志。

在“0，1，2模型”中，当授权用户要求接入时，从认知数据库模块中读取频谱资源分配信息，如果有空闲信道(即标记为0的信道)，则授权用户直接使用空闲信道，当授权用户要求接入的信道已经被非授权用户占用时(标记为2的信道)，授权用户将要求非授权用户释放该频段；当非授权用户要求接入时，只能在不影响授权用户使用的情况下使用未被占用信道。

当非授权用户接入某可用信道后，DSM模块实时的更新耦合矩阵模块中的相应元素及认知数据库模块，使得耦合矩阵模块能够实时的计算并反映当前小区内或小区间频谱的使用状态，为下一个周期的频谱动态分配提供可靠的依据。

4、认知数据库模块提供认知基站可用频谱向量，当频谱被占用后，及时的更新频谱状态，并向耦合矩阵模块和动态频谱管理模块报告。同时认知数据库模块能够存储各非授权用户使用频谱的状况，包括时间、业务等相关的计费信息。

5、认知基站用于连接非授权用户终端和认知数据库模块，为非授权用户查找可用信道，当非授权用户需要退让占用信道时，认知基站负责更换新的信道，使得非授权用户的通信不被中断或干扰。

6、非授权用户终端根据自身的需求，权衡频谱价格和信道质量，选择适合于自身的信道进行通信。非授权用户在不需要付出获取执照的巨额费用的情况下，共享授权用户的频谱资源。非授权用户在共享频谱的过程中，实时的查询认知数据库中的可用频谱信息及信道状态信息，并依据自身的需求情况及各授权用户的频谱价格和信道质量等相关信息，衡量代价和收益的关系，有偿的租用授权用户的共享频谱，达到通信的目的。

在频谱共享的过程中，由于有了经济利益的激励，授权用户在不影响自身通信质量的前提下，可以通过共享频谱的方式，获得利益的最大化，从而能够积极的参与频谱共享；非授权用户也可以通过共享的方式，有效的缓解频谱资源紧张的局面。最终达到提高频谱资源的有效利用率。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于时间颗粒度的动态频谱分配系统，其特征在于，包括运营商基站、耦合矩阵模块、动态频谱管理模块、认知数据库模块、认知基站和非授权用户终端；所述运营商基站提供当前该基站可用信道数及频谱价格；所述耦合矩阵模块用于聚合各运营商的信息和用户信息，实时的计算谱半径，采用“0，1，2模型”表示信道状态，并将“0，1，2模型”表示的信道状态存储在动态频谱管理模块和认知数据库模块中；所述动态频谱管理模块实时的更新并标识各信道的使用状况；所述认知数据库模块提供认知基站可用频谱向量，当频谱被占用后，及时的更新频谱状态，并向耦合矩阵模块和动态频谱管理模块报告；同时认知数据库模块能够存储各非授权用户使用频谱的状况，包括时间、业务等相关的计费信息；认知基站用于连接非授权用户终端和认知数据库模块，为非授权用户查找可用信道，当非授权用户需要退让占用信道时，认知基站负责更换新的信道，使得非授权用户的通信不被中断或干扰，非授权用户终端根据自身的需求，权衡频谱价格和信道质量，选择适合于自身的信道进行通信。

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