一种认知无线电中实现动态频谱分配的方法技术

本发明专利技术公开了一种认知无线电中实现动态频谱分配的方法，通过认知无线电中检测“空闲频谱碎片”的技术，将一段频谱段上的未被授权用户占用的空闲碎片检测出来，将离散的空闲频谱碎片进行聚合形成NC-OFDM系统中离散的子信道，将这些NC-OFDM子信道放入频谱池内构成资源，当存在用户的频谱需求时，将频谱池内的信道资源分配给等待接入的用户进行数据传输，通过这种方式提高频谱利用率。本发明专利技术通过引入频谱池系统和频谱聚合技术，将检测出来的零散的处于空闲的频谱放入频谱池中进行聚合，通过频谱池系统进行分配，通过本方法，能达到提高频谱利用率、减少认知用户的接入时间、减少认知用户因为授权用户的出现而出现频谱切换的次数。

【技术实现步骤摘要】
一种认知无线电中实现动态频谱分配的方法
本专利技术属于无线电
，涉及一种认知无线电中实现动态频谱分配的方法。
技术介绍
频谱作为一种不可再生的、有限的、宝贵的资源，通常使用单位都是由政府授权。授权频段一经分配给某一使用单位，其他未授权用户则不得占用该授权频谱段进行数据传输。显而易见，当授权用户不使用授权频段的时候，频谱将处于闲置状态。随着诸如移动通信、卫星通信等无线业务的发展，对无线频谱的需求持续增长，但是当授权用户不出现在授权频段上时，非授权用户却不能接入授权频段，这导致了大量的频谱闲置与浪费。为了解决这种矛盾，认知无线电技术应运而生。认知无线电技术是为了解决当下无线通信领域频谱资源紧张而出现的通信新技术。认知无线电技术能在不妨碍授权用户通信的前提之下，将空闲的授权频谱分配给认知用户使用，通过一种“机会接入”的方式使得非授权用户也可以使用授权频段，在认知用户使用的过程中如果有授权用户重新回归到授权频谱，这大大的提高了频谱的利用率。频谱聚合技术是近年来无线电领域新兴的一项技术，其核心思想是将较小的、不连续的频谱碎片进行聚合，从而形成大带宽的频谱，然后分配给新的用户使用。该技术可以实现高带宽、高速率的数据传输。正交频分复用技术OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)是采用将待传输数据流调制到多个子信道上面并行传输，从而实现大带宽，高速率的数据传输。若将传输的子载波中不连续的、间断的关掉一部分，便形成了NC-OFDM(Non-contiguousOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)技术，即离散正交频分技术。频谱池是指将处于不同的频谱位置的空闲频段的信道全部收集起来然后形成一个逻辑上的频谱池，频谱池里面的资源就是信道。频谱池系统有一个控制中心，控制中心控制整个频谱池的信息。认知用户通过频谱感知将感知到的空闲的频谱信息发送给控制中心，控制中心根据接收到的信息进行辨认，将辨认出来处于空闲的频谱放入频谱池中构成频谱池中的资源。当存在用户的接入请求时，控制中心可根据用户的需求信息和频谱池的资源信息进行相应的频谱分配。将频谱聚合技术一次能聚合的频谱宽度定义为“跨度”。NC-OFDM中是使用不连续的子载波传输数据，且每个子载波的频谱宽度是一致的，具体的子载波带宽视具体情况而定，设一个子载波的带宽为xHz，那么在一个跨度内空闲频谱带宽为空闲子载波的数量与子载波带宽乘积的结果。同理，那么在一个跨度内占用频谱带宽为占用子载波的数量与子载波带宽乘积的结果。
技术实现思路
本专利技术提供了一种在离散正交频分系统上进行的认知无线电中实现动态频谱分配的方法，将频谱聚合技术和频谱池系统应用到认知无线电中以达到提高频谱利用率、减少认知用户的接入时间、减少认知用户因为授权用户的出现而出现频谱切换的次数的目的。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种认知无线电中实现动态频谱分配的方法，具体实施步骤如下：第一步，将跨度的左边界置于待聚合的无线电频谱的左边界，然后将等待接入的认知用户按需求的带宽按从小到大排列，可得排列的关于认知用户需求的子载波个数集合B＝{B1，B2，B3，…，Bk，Bk+1，…，BN}，其中N为等待接入的认知用户数，Bk为第k个认知用户所需求的子载波个数，且有Bk≤Bk+1，k＝1，2，3，…，N。第二步，各等待接入的认知用户对跨度内的频谱进行协作频谱检测，并将检测结果反馈给融合判决中心，通过频谱检测，假设经检测在一个跨度之内有v+1个空闲频段可用于聚合给认知用户使用，用于聚合的空闲频段集合为其中[fLi，fUi]代表第i个空闲频段，其低频边界为fLi，高频边界为fUi，其中有fUi＜fL(i+1)，v代表可用的空闲频谱碎片的个数，取整即可，将所检测出来的频谱碎片与最小的子载波带宽进行比较，若存在[fLi，fUi]＜15KHz，则将该频谱碎片舍弃。然后更新集合第三步，判断跨度右边界位置，若右边界位于一空闲频谱碎片之内，执行第四步，反之，执行第五步。第四步，将跨度右边界所在空闲频段[fL(v+1)，fU(v+1)]去掉，用作下个跨度之内的聚合，然后将剩下的v个空闲频段用作本跨度之内的聚合，然后执行第五步。第五步，假设mi表示该跨度内第i个空闲频段[fLi，fUi]的子载波个数，其中i＝1，2，3，…，v；执行第六步。第六步，认知用户将检测出来的跨度之内的空闲频谱反馈到融合判决中心，融合判决中心将跨度之内的空闲子载波用来构建频谱池。假设构建二级频谱池的个数为n，分别命名为P1，P2，…，Pn，n的大小由总的子载波个数与二级频谱池的最佳系统容量的比值取整决定，则二级频谱池集合为P＝{P1，P2，…，Pn}，假设频谱池的最佳系统容量为C，则若需使得整个频谱池系统达到最佳容量，则一级频谱池系统中的子载波总数为n×C个，执行第七步。若子载波个数不足，则返回第二步。第七步，融合判决中心判断接入的用户的性质，若为认知用户，执行第八步，若为授权用户，执行第十步。第八步，按照二级频谱池中命名基数最大到最小的顺序分配频谱池之内的子载波给予等待接入的认知用户，假设所需的子载波个数Bi，则优先分配二级频谱池Pn中的子载波给认知用户Bi，若二级频谱池Pn中的子载波分配完毕，那么按照降序接着分配二级频谱池Pn-1中的子载波给认知用户Bi，依次类推。判断一级频谱池的子载波系统容量是否在最小频谱池系统容量之下，若是，更新频谱池，执行第六步，反之，执行第九步。第九步，若认知用户Bi将信道用完之后，将释放的信道归还到频谱池内，归还的规则是按照二级频谱池的升序归还，若二级频谱池P1内的子载波个数恰好为最佳容量，则按照升序依次归还。执行第十二步。第十步，按照二级频谱池中命名基数最小到最大的顺序分配频谱池之内的子载波给予要求接入的授权用户，优先分配二级频谱池P1中的子载波给授权用户，若二级频谱池P1中的子载波分配完毕，那么按照升续接着分配二级频谱池P2中的子载波给授权用户，依次类推。判断一级频谱池的子载波系统容量是否在最小频谱池系统容量之下，若是，更新频谱池，执行第六步，反之，执行第十一步。第十一步，若主用户在使用完信道之后，需要将信道释放，那么授权用户将使用完的信道释放到频谱池外，不再归还到频谱池内。第十二步，判断一级频谱池内的子载波容量，若存在剩余的子载波且子载波的个数大于最小子载波容量，更新频谱池，返回第六步，反之，执行第十三步。第十三步，跨度右移，将跨度左边界置于下一个空闲频谱碎片的左边界，然后执行第十四步。第十四步，检测跨度之内的空闲子载波，若满足集合B中存在元素B1，集合P中存在元素Pi，且P中子载波个数足够满足用户最小业务的需求，则返回执行第二步；若不满足则返回执行第十三步，若跨度右移到频谱段已不可利用或者不在频谱可检测的范围之内，则结束分配。本专利技术中，通过认知无线电中检测“空闲频谱碎片”的技术，将一段频谱段上的未被授权用户占用的空闲碎片检测出来，将离散的空闲频谱碎片进行聚合形成NC-OFDM系统中离散的子信道，将这些NC-OFDM子信道放入频谱池内构成资源，当存在用户的频谱需求时，将频谱池内的信道资源分配给等待接入的用户进行数据传输，通过这种方式提高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种认知无线电中实现动态频谱分配的方法，其特征在于所述方法具体实施步骤如下：第一步，将跨度的左边界置于待聚合的无线电频谱的左边界，然后将等待接入的认知用户按需求的带宽按从小到大排列，可得排列的关于认知用户需求的子载波个数集合B＝{B1，B2，B3，…，Bk，Bk+1，…，BN}，其中N为等待接入的认知用户数，Bk为第k个认知用户所需求的子载波个数，且有Bk≤Bk+1，k＝1，2，3，…，N；第二步，各等待接入的认知用户对跨度内的频谱进行协作频谱检测，并将检测结果反馈给融合判决中心，通过频谱检测，假设经检测在一个跨度之内有v+1个空闲频段可用于聚合给认知用户使用，用于聚合的空闲频段集合为其中[fLi，fUi]代表第i个空闲频段，其低频边界为fLi，高频边界为fUi，其中有fUi＜fL(i+1)，将所检测出来的频谱碎片与最小的子载波带宽进行比较，若存在[fLi，fUi]＜15KHz，则将该频谱碎片舍弃，然后更新集合第三步，判断跨度右边界位置，若右边界位于一空闲频谱碎片之内，执行第四步，反之，执行第五步；第四步，将跨度右边界所在空闲频段[fL(v+1)，fU(v+1)]去掉，用作下个跨度之内的聚合，然后将剩下的v个空闲频段用作本跨度之内的聚合，然后执行第五步；第五步，假设mi表示该跨度内第i个空闲频段[fLi，fUi]的子载波个数，其中i＝1，2，3，…，v；执行第六步；第六步，认知用户将检测出来的跨度之内的空闲频谱反馈到融合判决中心，融合判决中心将跨度之内的空闲子载波用来构建频谱池；假设构建二级频谱池的个数为n，分别命名为P1，P2，…，Pn，则二级频谱池集合为P＝{P1，P2，…，Pn}，假设频谱池的最佳系统容量为C，则若需使得整个频谱池系统达到最佳容量，则一级频谱池系统中的子载波总数为n×C个，执行第七步；若子载波个数不足，则返回第二步；第七步，融合判决中心判断接入的用户的性质，若为认知用户，执行第八步，若为授权用户，执行第十步；第八步，按照二级频谱池中命名基数最大到最小的顺序分配频谱池之内的子载波给予等待接入的认知用户，假设所需的子载波个数Bi，则优先分配二级频谱池Pn中的子载波给认知用户Bi，若二级频谱池Pn中的子载波分配完毕，那么按照降序接着分配二级频谱池Pn‑1中的子载波给认知用户Bi，依次类推；判断一级频谱池的子载波系统容量是否在最小频谱池系统容量之下，若是，更新频谱池，执行第六步，反之，执行第九步；第九步，若认知用户Bi将信道用完之后，将释放的信道归还到频谱池内，归还的规则是按照二级频谱池的升序归还，若二级频谱池P1内的子载波个数恰好为最佳容量，则按照升序依次归还，执行第十二步；第十步，按照二级频谱池中命名基数最小到最大的顺序分配频谱池之内的子载波给予要求接入的授权用户，优先分配二级频谱池P1中的子载波给授权用户，若二级频谱池P1中的子载波分配完毕，那么按照降序接着分配二级频谱池P2中的子载波给授权用户，依次类推；判断一级频谱池的子载波系统容量是否在最小频谱池系统容量之下，若是，更新频谱池，执行第六步，反之，执行第十一步；第十一步，若主用户在使用完信道之后，需要将信道释放，那么授权用户将使用完的信道释放到频谱池外，不再归还到频谱池内；第十二步，判断一级频谱池内的子载波容量，若存在剩余的子载波且子载波的个数大于最小子载波容量，更新频谱池，返回第六步，反之，执行第十三步；第十三步，跨度右移，将跨度左边界置于下一个空闲频谱碎片的左边界，然后执行第十四步；第十四步，检测跨度之内的空闲子载波，若满足集合B中存在元素B1，集合P中存在元素Pi，且P中子载波个数足够满足用户最小业务的需求，则返回执行第二步；若不满足则返回执行第十三步，若跨度右移到频谱段已不可利用或者不在频谱可检测的范围之内，则结束分配。...

【技术特征摘要】
1.一种认知无线电中实现动态频谱分配的方法，其特征在于所述方法具体实施步骤如下：第一步，将跨度的左边界置于待聚合的无线电频谱的左边界，然后将等待接入的认知用户按需求的带宽按从小到大排列，可得排列的关于认知用户需求的子载波个数集合B＝{B1，B2，B3，…，Bk，Bk+1，…，BN}，其中N为等待接入的认知用户数，Bk为第k个认知用户所需求的子载波个数，且有Bk≤Bk+1，k＝1，2，3，…，N；第二步，各等待接入的认知用户对跨度内的频谱进行协作频谱检测，并将检测结果反馈给融合判决中心，通过频谱检测，假设经检测在一个跨度之内有v+1个空闲频段可用于聚合给认知用户使用，用于聚合的空闲频段集合为其中[fLi，fUi]代表第i个空闲频段，其低频边界为fLi，高频边界为fUi，其中有fUi＜fL(i+1)，将所检测出来的频谱碎片与最小的子载波带宽进行比较，若存在[fLi，fUi]＜15KHz，则将该频谱碎片舍弃，然后更新集合第三步，判断跨度右边界位置，若右边界位于一空闲频谱碎片之内，执行第四步，反之，执行第五步；第四步，将跨度右边界所在空闲频段[fL(v+1)，fU(v+1)]去掉，用作下个跨度之内的聚合，然后将剩下的v个空闲频段用作本跨度之内的聚合，然后执行第五步；第五步，假设mi表示该跨度内第i个空闲频段[fLi，fUi]的子载波个数，其中i＝1，2，3，…，v；执行第六步；第六步，认知用户将检测出来的跨度之内的空闲频谱反馈到融合判决中心，融合判决中心将跨度之内的空闲子载波用来构建频谱池；假设构建二级频谱池的个数为n，分别命名为P1，P2，…，Pn，则二级频谱池集合为P＝{P1，P2，…，Pn}，假设频谱池的最佳系统容量为C，则若需使得整个频谱池系统达到最佳容量，则一级频谱池系统中的子载波总数为n×C个，执行第七步；若子载波个数不足，则返回第二步；第七步，融合判决中心判断接入的用户的性质，若为认知用户，执行第八步，若为授权用户，...

【专利技术属性】
技术研发人员：马琳，盛飞，谭学治，宋双，何晨光，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23