一种基于区域划分的空时频谱共享方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于区域划分的空时频谱共享方法和系统，通过接收主用户和认知用户分别发送的主用户通信参数和认知用户通信参数；结合主用户通信参数和认知用户通信参数进行频谱共享区域的边界计算，将频谱共享区域划分为五个区域；根据认知用户通信参数判定每个认知用户属于频谱共享区域中的哪一区域，并根据判定结果采用相应的共享方式进行空时频谱的共享。本发明专利技术在认知无线网络中充分利用时域上的频谱机会，将空域频谱共享与时域频谱共享有机结合，从而进一步提升频谱利用效率，对频谱共享区域中的每个区域的边界进行计算方法，具有很强的实际操作价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信系统中频谱共享
，尤其涉及一种基于区域划分的空时频谱共享方法和系统。
技术介绍
“频谱稀缺”已经成为制约下一代无线通信系统发展的ー个瓶颈。传统的方法是采取固定方式将无线电通信频谱分配给不同业务，一个频段一般仅供ー个无线通信系统独立使用，由国家统ー分配、授权。但是，随着无线网络结构的日益复杂和通信技术质量要求的严格化，使得频谱资源需求的急剧增长和资源本身容量有限的矛盾日益激化。随着软件无线电技术(Software Defined Radio, SDR)的发展和认知无线电(Cognitive Radio, CR)概念的提出，业内人士普遍认为认知无线电技术是提高频谱使用效用效率的一种有效方法。基于认知无线电技术的认识无线网络(Cognitive Radio Networks, CRN),是当今通信领域最前沿的研究領域之一。认知无线网络是ー种具有认知功能的网络，它能分辨当前网络状态，然后根据这些状态进行规划、决策和响应。动态频谱共享技术(Dynamic Spectrum sharing, DSS)是认知无线网络能提高频谱利用率所依靠的ー项极为关键的技术，其基本思想是认知用户在保证主用户的服务质量(QoS)的前提下，认知网络用户动态利用主用户频段(即主用户的授权频段)进行通信，从而提高频谱利用效率。目前提出的动态频谱共享技术共分为两类，即空域动态频谱共享和时域频谱共享，但是二者各有缺陷。空域频谱共享,又被称作spectrum underlay,允许认知用户在不干扰主用户的前提下，与主用户同时采用授权频段进行通信，不受时间限制。但是由于认知用户需要进行有效地功率控制避免对主用户的干扰，从而导致降低次用户的传输速率。此外，如果次用户距离主用户过近，则会由于干扰过大而不能够进行数据传输。因此空域频谱共享实际上忽略了一定的空域频谱利用机会。时域频谱共享，又被称作spectrum overlay,允许认知用户通过频谱检测技术检测授权频段是否空闲，从而能够在主用户不使用授权频段时进行数据传输，不受与主用户的距离限制。但是时域频谱共享极大地依赖主用户的行为特征，如果主用户在某段时间ー直占用某段频谱，则认知用户不能利用该段频谱。因此时域频谱共享实际上忽略了一定的时域频谱利用机会。综上所述，目前的动态频谱共享技术大多均针对空域或者时域单独研究，但各自在频谱利用机会的利用方面存在缺陷。尽管已有相关的研究和技术提出了空域和时域相结合的频谱利用机会的概念，并将其作为衡量频谱检测的指标，但是并没有进ー步研究如何有效利用上述两个频谱机会。虽然基于区域划分的频谱共享技术已被逐渐认可，但其主要用于空域频谱共享，缺乏对时域频谱机会的有效利用
技术实现思路
(—)要解决的技术问题针对上述缺陷，本专利技术要解决的技术问题是如何在认知无线网络下实现空域和时域联合进行频谱共享，提高频谱利用效率。(ニ)技术方案为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于区域划分的空时频谱共享方法，所述方法具体包括:A:接收主用户和认知用户分别发送的主用户通信參数和认知用户通信參数；B:结合所述主用户通信參数和所述认知用户通信參数进行频谱共享区域的边界计算，将所述频谱共享区域划分为五个区域；C:根据所述认知用户通信參数判定每个认知用户属于所述频谱共享区域中的哪一区域，并根据判定结果采用相应的共享方式进行空时频谱的共享。优选地，所述主用户通信參数包括:主用户位置、主用户传输中断概率门限和主用户所能承受的干扰门限；所述认知用户通信參数包括:认知用户位置、认知用户漏检概率和虚警概率门限。优选地，所述将所述频谱共享区域划分为五个区域具体包括:主用户保护区域、时域频谱共享区域、空时混合频谱共享区域、功率受限制的空域频谱共享区域和功率不受限制的空域频谱共享区域。优选地，所述结合所述主用户通信參数和所述认知用户通信參数进行频谱共享区域的边界计算具体包括:B1:计算主用户保护区域外半径，计算主用户发射机覆盖边缘的接收机的通信中断概率，所述通信中断概率当达到所述主用户传输中断概率门限时，则所述主用户发射机与其覆盖边缘的接收机之间的距离即为所述主用户保护区域外半径；B2:计算时域频谱共享区域外半径，所述认知用户与所述主用户进行空域频谱共享时，根据认知用户发射机与认知用户接收机的距离、所述主用户发射机与所述认知用户接收机的距离计算处于所述认知用户发射机最小覆盖范围边缘的认知用户接收机的接受信噪比，得出所述认知用户接收机的轨迹的表达式，所述轨迹的为圆，其中圆心为所述认知用户发射机的位置，则所述认知用户发射机与主用户发射机之间的距离即为所述时域频谱共享区域外半径；B3:计算空时混合频谱共享区域外半径，根据频谱检测是的所述认知用户漏检概率和所述虚警概率门限确定检测门限的上界和下界，当所述上界和所述下界相等时的认知用户与主用户发射机之间的距离即为所述空时混合频谱共享区域外半径；B4:计算功率不受限制的空域频谱共享区域内半径，假设所述功率不受限制的空域频谱共享区域内半径为未知參数，计算所述未知參数至无穷远处所有认知用户的累计干扰，并计算当所述累计干扰等于所述主用户所能承受的干扰门限时，所述未知參数的值即为所述功率不受限制的空域频谱共享区域内半径；B5:根据所述空时混合频谱共享区域外半径与所述功率不受限制的空域频谱共享区域内半径的大小判断所述功率受限制的空域频谱共享区域是否存在，如果所述空时混合频谱共享区域外半径小于所述功率不受限制的空域频谱共享区域内半径，则所述功率受限制的空域频谱共享区域存在，否则不存在。优选地，所述步骤C具体包括:Cl:判断所述认知用户是否属于所述主用户保护区域，如果是则所述认知用户不进行频谱共享区域，否则进入步骤C2 ；C2:判断所述认知用户是否属于时域频谱共享区域，如果是则所述认知用户进行时域频谱共享，否则进入步骤C3 ；C3:判断所述认知用户是否属于空时混合频谱共享区域，如果是则所述认知用户进行时域频谱共享或空域频谱共享，否则进入步骤C4 ；C4:判断所述认知用户是否属于功率受限制的空域频谱共享区域，如果是则所述认知用户以低于限制功率的功率进行空域频谱共享，否则进入步骤C5 ；C5:以任意功率进行空域频谱共享。为解决上述问题，本专利技术还提供了一种基于区域划分的空时频谱共享系统，所述系统包括:主用户单元、频谱共享单元和认知用户单元；所述主用户单元中包括主用户通信參数上报模块，用于发送主用户通信參数；所述频谱共享单元用于结合所述主用户通信參数和所述认知用户通信參数进行频谱共享区域的边界计算，将所述频谱共享区域划分为五个区域，具体包括:区域计算模块、区域分配模块和区域分配信息发送模块；所述认知用户单元用于根据所述认知用户通信參数判定每个认知用户属于所述频谱共享区域中的哪一区域，并根据判定结果采用相应的共享方式进行空时频谱的共享，具体包括:认知用户通信參数上报模块、频谱共享模式决策模块、时域频谱共享模块和空域频谱共享模块。优选地，所述区域计算模块接收所述主用户通信參数上报模块发送的主用户通信參数和所述认知用户通信參数上报模块发送的认知用户通信參数进行所述频谱共享区域的边界计算；其中所述主用户通信參数包括主用户位置、主用户传输中断概率门限和主用户所能承受的干扰门限；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于区域划分的空时频谱共享方法，其特征在于，所述方法具体包括：A：接收主用户和认知用户分别发送的主用户通信参数和认知用户通信参数；B：结合所述主用户通信参数和所述认知用户通信参数进行频谱共享区域的边界计算，将所述频谱共享区域划分为五个区域；C：根据所述认知用户通信参数判定每个认知用户属于所述频谱共享区域中的哪一区域，并根据判定结果采用相应的共享方式进行空时频谱的共享。

【技术特征摘要】
1.一种基于区域划分的空时频谱共享方法，其特征在于，所述方法具体包括: A:接收主用户和认知用户分别发送的主用户通信參数和认知用户通信參数； B:结合所述主用户通信參数和所述认知用户通信參数进行频谱共享区域的边界计算，将所述频谱共享区域划分为五个区域； C:根据所述认知用户通信參数判定每个认知用户属于所述频谱共享区域中的哪一区域，并根据判定结果采用相应的共享方式进行空时频谱的共享。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主用户通信參数包括:主用户位置、主用户传输中断概率门限和主用户所能承受的干扰门限；所述认知用户通信參数包括:认知用户位置、认知用户漏检概率和虚警概率门限。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述频谱共享区域划分为五个区域具体包括:主用户保护区域、时域频谱共享区域、空时混合频谱共享区域、功率受限制的空域频谱共享区域和功率不受限制的空域频谱共享区域。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述结合所述主用户通信參数和所述认知用户通信參数进行频谱共享区域的边界计算具体包括: B1:计算主用户保护区域外半径，计算主用户发射机覆盖边缘的接收机的通信中断概率，所述通信中断概率当达到所述主用户传输中断概率门限时，则所述主用户发射机与其覆盖边缘的接收机之间的距离即为所述主用户保护区域外半径； B2:计算时域频谱共享区域外半径，所述认知用户与所述主用户进行空域频谱共享时，根据认知用户发射机与认知用户接收机的距离、所述主用户发射机与所述认知用户接收机的距离计算处于所述认知用户发射机最小覆盖范围边缘的认知用户接收机的接受信噪比，得出所述认知用户接收机的轨迹的表达式，所述轨迹的为圆，其中圆心为所述认知用户发射机的位置，则所述认知用户发射机与主用户发射机之间的距离即为所述时域频谱共享区域外半径； B3:计算空时混合频谱共享区域外半径，根据频谱检测是的所述认知用户漏检概率和所述虚警概率门限确定检测门限的上界和下界，当所述上界和所述下界相等时的认知用户与主用户发射机之间的距离即为所述空时混合频谱共享区域外半径； B4:计算功率不受限制的空域频谱共享区域内半径，假设所述功率不受限制的空域频谱共享区域内半径为未知參数，计算所述未知參数至无穷远处所有认知用户的累计干扰，并计算当所述累计干扰等于所述主用户所能承受的干扰门限时，所述未知參数的值即为所述功率不受限制的空域频谱共享区域内半径； B5:根据所述空时混合频谱共享区域外半径与所述功率不受限制的空域频谱共享区域内半径的大小判断所述功率受限制的空域频谱共享区域是否存在，如果所述空时混合频谱共享区域外半径小于所述功率不受限制的空域频谱共享区域内半径，则所述功率受限制的空域频谱共享区域存在，否则不存在。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C具体包括: Cl:判断所述认知用户是否属于所述主用户保护区域，如果是则所述认知用户不进行频谱共享区域，否则进 入步骤C2 ； C2:判断所述认知用户是否属于时域频谱共享区域，如果是则所述认知用户进行时域频谱共享，否则进入步骤C3;C3:判断所述认知用户是否属于空时混合频谱共享区域，如果是则所述认知用户进行时域频谱共享或空域频谱共享，否则进入步骤C4 ； C4:判断所述认知用户是否属于功率受限制的空域频谱共享区域，如果是则所述认知用户以低于限制功率的功率进行空域频谱共享，否则进入步骤C5 ； C5:以任意功率进行空域频谱共享。6.一种基于区域划分的空时频谱共享系统，其特征在于，所述系统具体包括: 主用户单元、频谱共享单元和认知用户单元； 所述主用户单元中包括主用户通信參数上报模块，用于发送主用户通信參数； 所述频谱共享单元用于结合所述主用户通信參数和所述认知用户通信參数进行频谱共享区域的边界计算，将所述频谱共享区域划分为五个区域，具体包括:区域计算模块、区域分配模块和区域分配信息发送模块； 所述认知用户...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯志勇，张平，李乾，张奇勋，马思思，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：