一种基于认知无线电技术进行频谱切换的方法和系统技术方案

技术编号:4250535 阅读:241 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术提出基于认知无线电技术进行频谱切换的方法和系统,包括:时段划分模块,将认知用户的通信过程按时间维度划分为数据传输时段和频谱检测时段;数据传输模块,在数据传输时段,认知用户在当前使用的频谱上进行通信和数据传输;频谱判决模块,在频谱检测时段,判断是否需要切换频谱,如果需要,判断可用频谱集合中是否存在可用频谱;频谱检测模块,检测频谱可用度超过可用频谱阈值、可用时长超过可用时长阈值且未被占用的可用频谱;频谱切换模块,将认知用户当前使用的频谱切换为所述可用频谱。本发明专利技术可以保证认知用户通信的连续性和业务服务质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信和移动通信领域,尤其涉及基于认知无线电技术进行频谱切换的方法和系统
技术介绍
传统的固定频谱分配方案为各个不同的无线通信系统分别分配互不重叠的专用 频段,在这种频谱分配体制下,伴随着无线及移动通信系统的迅猛发展和广泛部署,作为无 线及移动通信重要承载的频谱资源变得越来越稀缺,特别是适合于移动通信的2GHz以下 的大部分频段已经分配殆尽,这成为许多新型无线及移动通信系统的研究、开发及部署所 面临的首要问题。 然而,经过许多无线管理部门及通信企业、科研单位对频谱使用现状进行测量发 现,分配给无线及移动通信系统的专用频谱在大部分时间内并未得到充分利用,在某段时 间和某部分空间范围内,已经分配的专用频带上存在大量的未被使用的频谱空洞。也即频 谱稀缺问题的根源是陈旧的固定频谱分配策略,而不是频谱本身的缺乏。 为了充分利用已分配给授权系统使用但在某段时间或特定空间上未被占用的空 闲频谱资源,认知无线电技术作为一种有效的解决方案受到广泛的关注和研究。它可以动 态的检测、跟踪、适应无线环境的变化,动态利用授权系统未使用的频谱、选择适当的传输 参数进行通信。目前,关于认知无线电技术中的动态频谱分配和管理策略、机制和算法的研 究已经广泛开展并取得了较多的研究成果,其中像欧洲的WINNER系统可以动态适应频谱 的使用状况,进而调节、改变系统参数以实现实时可靠通信;美国的IEEE 802. 22无线区域 网标准基于认知无线电技术,研究对未被充分使用的广播电视频段进行移动通信。 空闲频谱的空时变化特性以及各种业务的不同QoS要求是目前认知无线电研究 与应用中面临的两个主要问题,而动态频谱管理是解决这些问题最核心的技术。目前关于 动态频谱管理的研究主要分为频谱检测、频谱判决、频谱共享和频谱移动性四个方面。 频谱检测进行空闲频谱的实时发掘,频谱判决为认知用户选择合适的空闲频谱提 供依据,频谱共享解决多个用户同时接入空闲频谱的问题,而频谱移动性即频谱切换则可 使用户通过更新工作频谱保持与网络的持续良好连接。频谱检测、判决和共享为认知用户 高效使用空闲频谱提供了必要的基础,这三方面的研究工作开展较早。 当采用认知无线电技术后,通常将用户分为授权用户与认知用户,授权用户享有 对所分配频谱的绝对优先使用权,认知用户则动态检测、跟踪授权用户的频谱占用情况,在 其未使用的空闲频谱上进行通信。当授权用户重新使用认知用户正在使用的频谱时,认知 用户需立刻停止在该段频谱上的通信,将该段频谱还给授权用户使用。为了保证认知用户 通信的持续性、业务QoS和吞吐量,它可以在让出该段频谱的同时,平滑切换到其它空闲频 段继续通信;另外,当认知用户所占用频谱的链路质量变得很差或其不能满足用户当前业 务或新增业务需求时,或者基于系统对负载均衡的考虑,也可以进行频谱切换,将认知用户 切换到其它更适合的空闲频谱。CN 为了满足用户无缝、泛在通信的需求,保持用户与网络的持续连接并保障各种应 用的QoS要求,从本质上实现频谱的动态管理与使用,频谱切换是尤为重要的一环。目前关 于频频谱切换技术的研究工作刚刚展开,频谱切换准则、机制等方面亟待研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供基于认知无线电技术进行频谱切换的方法和系统,以保证 认知用户通信的连续性和业务服务质量。 根据本专利技术一方面,提出一种基于认知无线电技术进行频谱切换的方法,包括以 下步骤(l)将认知用户的通信过程按时间维度划分为数据传输时段和频谱检测时段;(2) 在数据传输时段,认知用户在当前使用的频谱上进行通信和数据传输;(3)在频谱检测时 段,判断是否需要切换频谱,如果需要,执行步骤(4) ;(4)检测可用频谱集合中是否存在可 用频谱,如果存在,执行步骤(5),所述可用频谱的频谱可用度超过可用频谱阈值、可用时长 超过可用时长阈值且未被占用;(5)将认知用户当前使用的频谱切换为所述可用频谱。 进一步,步骤(4)中检测可用频谱集合中是否存在可用频谱的操作,还包括以下 步骤如果不存在可用频谱,重新设定频谱检测时段持续时间,重新设定可用频谱阈值和/ 或可用时长阈值;在重新设定的频谱检测时段持续时间内检测频谱可用度超过重新设定的 可用频谱阈值、可用时长超过重新设定的可用时长阈值且未被占用的可用频谱。 进一步,重新设定的频谱检测时段持续时间为频谱切换最大时延阈值,重新设定 的可用频谱阈值和可用时长阈值是对原可用频谱阈值和可用时长阈值分别进行加权后得 到。 进一步,在每次完成频谱检测后,根据频谱稳定度,计算并重新设定频谱检测时段 持续时间,并以此作为下一次频谱检测时段的持续时间;或者当需要频谱切换但可用频谱 集合为空时,在将要进行的频谱检测开始前重新设定频谱检测持续时间为频谱切换时延阈 值,作为将要进行的频谱检测的持续时间。 进一步,步骤(3)中判断是否需要切换频谱的操作,还包括以下步骤如果不需要 切换频谱,在频谱检测时段的持续时间内检测可用频谱,并根据检测到的可用频谱更新可 用频谱集合。 进一步,根据检测到的可用频谱更新可用频谱集合的操作,还包括以下步骤若 可用频谱集合未满,且同时在整个频谱检测时段Ts_内始终满足P,w > Pthresh。ld+Phystee^,且频谱可用时长T > 、^h。w,则将可用频谱加入到可用频谱集合,其中P』id^为 可用频谱的频谱可用度,Pttosh。ld为可用频谱阈值,Physteresisl为频谱添加滞后值,T th_h。ld为频谱可用时长阈值;若可用频谱集合已满,并在整个频谱检测时段T,^内始终满足Pcandidate ^ PWOTSt+PhyStCTeSiS2 ,且步^H普可用时长f超足T candidate> T wOTSt,则用可用频谱替换掉可 用频谱集合中最差的频谱PWOTSt,其中PhystCTesis2为频谱替换滞后值,T thresh。ld—relax为可用频谱 的可用时长,、。w为可用频谱集合中最短的频谱可用时长;若可用频谱集合中的可用频谱 已被占用或者不再符合要求,则将其在可用频谱集合中移除。 进一步,步骤(2)在数据传输时段还执行以下操作定义频谱检测预估计阈值P ; 估计认知用户在设定的通信时长内进行通信后被授权用户索回频谱的概率;当计算出索回 频谱的概率超过频谱检测预估计阈值P时,启动频谱检测阶段。 根据本专利技术另一方面,还提出一种基于认知无线电技术进行频谱切换的系统,包 括时段划分模块,将认知用户的通信过程按时间维度划分为数据传输时段和频谱检测时 段;数据传输模块,在数据传输时段,认知用户在当前使用的频谱上进行通信和数据传输; 频谱判决模块,在频谱检测时段,判断是否需要切换频谱,如果需要,判断可用频谱集合中 是否存在可用频谱;频谱检测模块,检测频谱可用度超过可用频谱阈值、可用时长超过可用 时长阈值且未被占用的可用频谱;频谱切换模块,将认知用户当前使用的频谱切换为所述 可用频谱。 进一步,频谱检测模块在没有可用频谱时,重新设定频谱检测时段持续时间,重新 设定可用频谱阈值和/或可用时长阈值,并在重新设定的频谱检测时段持续时间内检测频 谱可用度超过重新设定的可用频谱阈值、可用时长超过重新设定的可用时长阈值且本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种基于认知无线电技术进行频谱切换的方法,包括以下步骤:(1)将认知用户的通信过程按时间维度划分为数据传输时段和频谱检测时段;(2)在数据传输时段,认知用户在当前使用的频谱上进行通信和数据传输;(3)在频谱检测时段,判断是否需要切换频谱,如果需要,执行步骤(4);(4)检测可用频谱集合中是否存在可用频谱,如果存在,执行步骤(5),所述可用频谱的频谱可用度超过可用频谱阈值、可用时长超过可用时长阈值且未被占用;(5)将认知用户当前使用的频谱切换为所述可用频谱。

【技术特征摘要】
一种基于认知无线电技术进行频谱切换的方法,包括以下步骤(1)将认知用户的通信过程按时间维度划分为数据传输时段和频谱检测时段;(2)在数据传输时段,认知用户在当前使用的频谱上进行通信和数据传输;(3)在频谱检测时段,判断是否需要切换频谱,如果需要,执行步骤(4);(4)检测可用频谱集合中是否存在可用频谱,如果存在,执行步骤(5),所述可用频谱的频谱可用度超过可用频谱阈值、可用时长超过可用时长阈值且未被占用;(5)将认知用户当前使用的频谱切换为所述可用频谱。2. 根据权利要求l所述频谱切换的方法,其中,步骤(4)中检测可用频谱集合中是否存 在可用频谱的操作,还包括以下步骤如果不存在可用频谱,重新设定频谱检测时段持续时间,重新设定可用频谱阈值和/ 或可用时长阈值;在重新设定的频谱检测时段持续时间内检测频谱可用度超过重新设定的可用频谱阈 值、可用时长超过重新设定的可用时长阈值且未被占用的可用频谱。3. 根据权利要求2所述频谱切换的方法,其中,重新设定的频谱检测时段持续时间为 频谱切换最大时延阈值,重新设定的可用频谱阈值和可用时长阈值是对原可用频谱阈值和 可用时长阈值分别进行加权后得到。4. 根据权利要求2或3所述频谱切换的方法,其中,重新设定频谱检测时段持续时间的 操作,包括以下步骤在每次完成频谱检测后,根据频谱稳定度,计算并重新设定频谱检测时段持续时间,并 以此作为下一次频谱检测时段的持续时间;或者当需要频谱切换但可用频谱集合为空时,在将要进行的频谱检测开始前重新设定频谱 检测持续时间为频谱切换时延阈值,作为将要进行的频谱检测的持续时间。5. 根据权利要求1所述频谱切换的方法,其中,步骤(3)中判断是否需要切换频谱的操 作,还包括以下步骤如果不需要切换频谱,在频谱检测时段的持续时间内检测可用频谱,并根据检测到的 可用频谱更新可用频谱集合。6. 根据权利要求5所述频谱切换的方法,其中,根据检测到的可用频谱更新可用频谱 集合的操作,还包括以下步骤若可用频谱集合未满,且同时在整个频谱检测时段T,。e内始终满足P,w > Pthresh。ld+Phystemisl,且频谱可用时长T ^ T thresh。ld ,则将可用频谱加入到可用频谱集合,其中Pcandidate为可用频谱的频谱可用度,Pthresh。ld为可用频谱阈值,Phywsisl为频谱添加滞后值,T th_h。ld为频谱可用时长阈值;若可用频谱集合已满,并在整个频谱检测时段Tsm。e内始终满足 Pcandidate ^ PWOTSt+PhyStCTeSiS2 ,且步^H普可用时长f超足T candidate> T wO...

【专利技术属性】
技术研发人员:许晓东张平张忠起汪赛陶小峰郝志洁张子萌曲喜强崔琪楣
申请(专利权)人:北京邮电大学
类型:发明
国别省市:11[中国|北京]

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