一种认知无线电的频谱共享方法及系统技术方案

本发明专利技术适用于认知无线电领域，提供了一种认知无线电的频谱共享的方法及系统，所述方法包括以下步骤：分别为授权用户、认知用户建立独立的队列；将持有的频谱分成同构的Ｎ个独立频点；将所有的独立频点分配给授权用户或者认知用户使用，对于每个信道在任一时刻只分配给一个授权用户或认知用户独享；当授权用户或认知用户完成本次服务时，回收信道，以进行下次信道分配，其中，Ｎ的值可以根据需要进行预设及修改。在本发明专利技术的实施例中，由于采用了中心式的控制方案，摆脱了其他方案对网络拓扑结构、认知用户节点密度等问题的依赖。同时，解决现有的频谱共享方法中认知用户的服务质量较差的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于认知无线电领域，尤其涉及一种认知无线电的频谱共享的方法及系 统。
技术介绍
随着无线通信业务的快速发展，无线电频谱成为重要且稀缺的资源。一方面，各种 无线业务在数量和质量上对频谱资源提出了更多的要求；另一方面，由于现有的静态频谱 分配方案，导致频谱资源没有得到有效的利用。认知无线及网络技术是提高频谱资源使用 效率的有效途径。近年来，众多学者及组织对认知无线电中的频谱(信道)调度问题进行了 深入的研究，其主要研究成果如下基于租赁的频谱共享认知无线电创始人J. Mitola提出的频谱使用思想，即在一定 的时间内拥有某段频谱使用权的用户可以将频谱以租赁的形式分配给认知无线电用户，而 认知用户需要付出一定的代价。基于此思想，研究者对频谱出租策略提出了各种各样的设 想，如基于合作或者非合作博弈方式的频谱出租策略，基于拍卖的频谱出租策略以及基于 服务质量需求的租赁策略等等。这种共享方案主要以运营商和用户的效用函数为目标，对频谱分配进行优化。由 于引入了博弈论等经济学领域工具，往往对实际的无线通信模型的假设过于简单，对运营 商和用户的效用函数建模过于简化。同时，由于数学工具的限制，这种方案往往对无线通信 系统中传统参数(如用户的阻塞率、掉话率、接入等待延迟、系统的用户容量等)无法给出明 确的结论。因此，其得到的结果更多时候，只具有理论价值，很难在实际中应用。基于机会式接入的频谱共享这种频谱共享方案通常是在假设认知无线电用户具 备一定的频谱感知能力，能够实时的侦测到目标频段内授权用户的行为。如果检测到目标 频段内没有授权用户通信，则占用此信道。认知用户在通信过程中，如果检测到授权用户在 其占用的频段内发起通信，则通过一定的技术(如频谱切换、频谱捷变等)躲避对授权用户 的干扰。这种方案的问题较多。首先，由于采用机会式接入策略，认知用户的行为很难受到 授权系统的制约，对整个网络的安全提出了极大的挑战。同时，由于认知用户的频谱感知能 力以及频谱移动(频谱切换)能力不同，不可避免的要对授权用户产生干扰，而干扰等级又 难以定量给出。因此，这种方案实现难度较大，同时也是授权系统最难以接受的。基于干扰温度检测的频谱共享前用面两种频谱共享方式中，对于信道的使用都 是独占式的，即在同一个频段内，只能有授权用户或者认知用户存在，两者不能同时存在。 基于干扰温度检测的频谱共享方案是非独占式的。其主要思想认为，授权用户在通信过程 中，能够忍受一定的干扰，而对于干扰的评价由干扰温度给出。这时，在频段上，信道容量存 在一定的余量，认知用户可以在该频段上利用这些信道容量余量，以低于授权用户干扰温 度的功率进行通信。典型的应用为underlay频谱共享策略，认知用户往往采用具有极低功 率谱密度的超宽带技术实现。这种方案的主要难点在于对接收机干扰温度的测量。传统的频谱感知技术，如匹配滤波器检测、能量检测以及循环平稳特征检测都是针对发射机检测的，无法给出认知用 户对授权系统中的接收机的干扰强度。而基于接收机的干扰温度检测中，主要由两种方案 1)基于合作检测的方案。这种方案利用网络中多个认知用户共同对目标频谱进行检测，并 将检测结果上报给数据中心，进行数据融合，判决该目标频谱中是否有授权用户活动。合作 检测的主要问题在于对于频谱的使用通常要依赖于多个认知用户的共同工作，需要高密度 的认知用户部署。其应用范围受到了极大的制约。2)基于传感器网络的检测。这种方案主 要通过部署大量的传感器节点，对系统中的授权用户进行监测。其主要缺点是需要对网络 基础设施进行大量改动，其实现复杂度非常高。基于网络拓扑结构的频谱共享这种共享方案主要是针对分布式网络结构提出， 其核心思想是更大程度的利用网络中空闲的空域资源。认知用户通过合作检测方式确定 在较小的通信范围内，目标频段上是否有授权用户存在，或者自身通信是否会影响到授权 用户的通信，从而寻找到空域上的频谱空穴。这种思想更多的来自于无线传感器网络或者 mesh网等理论，图论是其主要的研究手段。这种方案与基于干扰温度检测的频谱共享方案较为相似，都是通过合作检测等方 式，确定系统中是否有频谱空穴。其缺点也基本相同，即对于认知网络节点密度的高度依赖 以及对网络基础设施的大量改动。同时，这种方式很难与现有的基于中心式的网络结构进 行融合，很难找到与之对应的授权系统实体。总之，上述各种频谱共享方案中，认知用户的服务质量可以随意牺牲。当认知用户 的服务质量得不到相应的保证，而仅仅追求频谱的高效利用时，就失去了认知无线电技术 本身的意义。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种认知无线电的频谱共享方法，旨在解决现有的 频谱共享方法中认知用户的服务质量较差的问题。本专利技术实施例是这样实现的，一种认知无线电的频谱共享的方法，所述方法包括 以下步骤分别为授权用户、认知用户建立独立的队列； 将持有的频谱分成同构的N个独立频点；将所有的独立频点分配给授权用户或者认知用户使用，对于每个信道在任一时刻只分 配给一个授权用户或认知用户独享；当授权用户或认知用户完成本次服务时，回收信道，以进行下次信道分配， 其中，N的值可以根据需要进行预设及修改。进一步地，在所述将持有的频谱分成同构的N个独立频点的步骤之后还包括步 骤从N个独立频点中划分出供授权用户优先使用的m个优先信道； 在授权用户小于m且队列中无等待授权用户时，将剩余的优先信道分配给认知用户使用。本专利技术实施例的另一目的在于提供一种认知无线电的频谱共享的系统，所述系统 包括4队列建立模块，用于分别为授权用户、认知用户建立独立的队列； 频谱划分模块，用于将持有的频谱分成同构的N个独立频点； 频点分配模块，用于将所有的独立频点分配给授权用户或者认知用户使用，对于每个 信道在任一时刻只分配给一个授权用户或认知用户独享；信道回收模块，用于当授权用户或认知用户完成本次服务时，回收信道，以进行下次信 道分配，其中，N的值可以根据需要进行预设及修改。进一步地，所述系统还包括优先信道划分模块，用于从N个独立频点中划分出供授权用户优先使用的m个优先信道；优先信道分配模块，用于在授权用户小于m且队列中无等待授权用户时，将剩余的优 先信道分配给认知用户使用在本专利技术的实施例中，使认知无线电用户摆脱了频谱感知的束缚，降低了系统实现的 复杂度，同时也有效降低了对授权用户的干扰风险。同时，由于采用了中心式的控制方案， 摆脱了其他方案对网络拓扑结构、认知用户节点密度等问题的依赖。同时，解决现有的频谱 共享方法中认知用户的服务质量较差的问题。附图说明图1是本专利技术第一实施例提供的频谱共享方法的实施流程图； 图2是本专利技术第二实施例提供的频谱共享方法的实施流程图3是本专利技术实施例提供的信道预留策略的频谱划分示意图； 图4是本专利技术实施例提供的频谱分配逻辑示意图； 图5是本专利技术实施例提供的频谱分配系统的结构示意图。具体实施例方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并 不用于限定本专利技术。图1示出了本专利技术第一实施例提供的频谱共享方法的实施流程，详述如下 在步骤SlOl中，分别为授权用户、认知用户建立独立的队列。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种认知无线电的频谱共享的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：分别为授权用户、认知用户建立独立的队列；将持有的频谱分成同构的Ｎ个独立频点；将所有的独立频点分配给授权用户或者认知用户使用，对于每个信道在任一时刻只分配给一个授权用户或认知用户独享；当授权用户或认知用户完成本次服务时，回收信道，以进行下次信道分配，其中，所述Ｎ有预设值且可修改。

【技术特征摘要】
一种认知无线电的频谱共享的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤分别为授权用户、认知用户建立独立的队列；将持有的频谱分成同构的N个独立频点；将所有的独立频点分配给授权用户或者认知用户使用，对于每个信道在任一时刻只分配给一个授权用户或认知用户独享；当授权用户或认知用户完成本次服务时，回收信道，以进行下次信道分配，其中，所述N有预设值且可修改。2.根据权利要求1所述的认知无线电的频谱共享的方法，其特征在于，在所述将持有 的频谱分成同构的N个独立频点的步骤之后还包括步骤从N个独立频点中划分出供授权用户优先使用的m个优先信道； 在授权用户小于m且队列中无等待授权用户时，将剩余的优先信道分配给认知用户使 用，所述m有预设值且可修改，且m小于或等于N。3.一种认知无线电的频谱共享的系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：张钦宇，王野，吴绍华，肇启明，王胜，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]