认知无线电系统中的频谱感知方法和设备技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种认知无线电系统中的频谱感知方法和设备，通过应用本发明专利技术实施例的技术方案，认知无线电小区获取将频段资源划分为多个子频带的方案及相应的静默期时频图样，当根据静默期时频图样中所定义的各子频带的静默期时间位置，对该认知无线电小区在其所工作的子频带上进行静默时，实现对相应的子频带进行频谱感知，从而，在多小区组网环境下，该方法通过多小区使用统一的静默期时频图案和频谱感知策略，在多小区情况下能有效避免频谱感知受本小区及其它邻近小区的干扰，并且，通过划分子频带，并分别对子频带进行静默和频谱感知的方式，能有效降低频谱感知需要的静默期数量，提高认知无线电频谱感知系统的吞吐量。

【技术实现步骤摘要】
认知无线电系统中的频谱感知方法和设备
本专利技术涉及通信
，特别涉及一种认知无线电系统中的频谱感知方法和设备。
技术介绍
随着移动通信事业的快速的发展，日益增长的宽带无线通信需求与有限频谱资源的矛盾日趋明显，虽然在LTE(LongTermEvolution，长期演进)已采用OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交频分复用)，MIMO(MultipleInputMultipleOutput，多入多出)等技术来提高频谱利用率，但是这些并不能根本上解决有限频谱资源的问题。随着移动业务在未来飞速的发展，电信运营商将面临更严峻的频谱资源短缺的问题，另一方面，一些无线系统的频谱使用在时间和地域上几乎空闲，如对于广播电视频段，随着广播电视系统从模拟传输向数字传输的发展，由于数字传输能极大的提高传输容量，使得很多广播电视频段长期处于空闲状态，浪费了宝贵的无线资源。而其它很多无线系统也被证明其频谱并未得到充分利用。为解决频谱资源紧缺的问题，新的无线电技术——认知无线电(CognitiveRadio，CR)技术已经被广泛的关注。认知无线电技术是一种解决目前频谱资源紧缺的有效手段。认知无线电是一个智能无线通信系统，能够感知外界环境，并使用人工智能技术从环境中学习，通过实时改变某些操作参数(比如传输功率、载波频率和调制技术等)，使其内部状态适应接收到的无线信号统计特性变化，以达到任何时间、任何地点均可以实现高度可靠通信，以及对频谱资源进行有效利用的效果。为达到上述的目的，认知无线电通过一个认知环来完成整个认知过程，包括如下三个步骤：(1)频谱感知，通过对输入RF(RadioFrequency，射频)激励信号的分析，完成对空闲频谱的检测。(2)频谱分析，根据频谱感知的结果和其它无线输入信号的分析，完成信道状态信息的估计和信道容量的预计。(3)频谱决策，根据频谱感知得到的空闲频谱资源和频谱分析的结果，获得最后频谱使用的决策，这种决策包括频点、带宽、发射功率、调制方式等的决策。现有的无线规则是为不同的业务固定划分频段，比如：规定广播业务的频率分布于中频(MediumFrequency，MF)，高频(HighFrequency，HF)，甚高频(VeryHighFrequency，VHF)，或者低的特高频(UltraHighFrequency，UHF)，而移动业务的频率分布于高的特高频(UHF)，超高频(SuperHighFrequency，SHF)。在某频段上授权工作的系统称之为授权系统，但授权系统可能并不会完全使用整个分配的频段，从而使很多频带处于空闲。认知无线电系统通过一种机会“见缝查针”的方式，机会性的使用空闲的频谱资源，如图1所示，为现有技术中认知无线电的频谱使用方式的示意图。认知无线电的频谱感知通过逐频带的二元信号检测来完成空闲频谱资源的检测，一般意义上，可以认为频谱感知技术就是一种信号检测技术。频谱感知需要满足一定的感知灵敏度要求，即接收到的待检测信号功率大于感知灵敏度要求能检测到该信号，从而，保证不会对授权系统产生有害的干扰。一方面，频谱感知需要周期性的感知目前认知系统工作的频点，从而监测该频点授权系统的工作状态。但如上所述，频谱感知需要能检测到微弱的授权系统信号，这要求频谱感知在低的SNR(Signal-to-NoisepowerRatio，信号与噪声功率比，简称信噪比)环境下获得比较高的检测性能。但是在这种低SNR环境下的感知，频谱感知很容易受干扰的影响。若在执行频谱感知时认知系统仍然在工作，那么，频谱感知将受到严重的本系统干扰，从而，很大程度上降低频谱感知的准确性，并最终影响认知系统的性能。所以，目前对于认知系统工作频点的感知需要保持认知系统静默。另一方面，频谱感知需要周期性的感知其它频点(认知系统非工作的频点)，以获得备用的空闲频谱信息。考虑到对于认知系统非工作频点的感知并不会受到本系统的干扰，所以，不需要在执行频谱感知时保持认知系统静默。如图2所示，为现有技术中对于认知无线电工作频点和非工作频点的感知方式的示意图。对于认知无线电系统，由于各个认知无线电小区具有动态频谱使用能力。所以，在多个认知小区多的环境下，各个认知小区可能根据当地无线环境选择合适的频点工作，很可能工作于不同的频点。在多小区组网的情况下，对于非工作频点的频谱感知可能受到邻近工作于待感知频点系统的干扰，从而影响频谱感知的性能。为了避免多个小区情况下的上述干扰，一般采用两种策略：(1)频谱感知采用宽频带的感知，即在一个网络同步的静默期内完成对于所有频带的频谱感知，如图3所示，为现有技术中宽频带的频谱感知示意图。(2)对于每个频带的感知，都设置网络同步的静默期，并在各个静默的时间内完成各个频点的频谱感知，如图4所示，为现有技术中带宽受限的频谱感知示意图。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在以下问题：在多小区组网的环境下，频谱感知可能受到邻近认知系统的干扰。若采用宽频带的频谱感知方式，一方面，需要强大的射频和中频处理单元才能实现对于宽频带信号的接收；另一方面，需要高速的基带处理单元才能完成对于宽频带信号的处理。在认知无线电系统中，频谱感知可能需要感知上百MHz带宽的频段，甚至是一些非连续的频带，这将极大的增加接收机前端和基带处理单元的设计难度，增加设备的成本。若对于每个频带的频谱感知都采用静默期的感知，由于在静默期内认知系统不能发送信号，这将极大的消耗认知系统的通信能力，降低认知系统的吞吐量。另一个方面，由于没有一种协同的策略，传统的静默期设置方式和频谱感知策略很难执行一些动态触发频谱感知。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种认知无线电系统中的频谱感知方法和设备，解决现有的技术方案中的频谱感知方案需要大量的静默期，并且静默处理会对系统的吞吐量的需要的问题。为达到上述目的，本专利技术实施例一方面提供了一种认知无线电系统中的频谱感知方法，至少包括以下步骤：认知无线电频谱感知系统将频段资源划分为多个子频带，并将子频带划分方式及相应的静默期时频图样通知给各认知无线电小区；当所述认知无线电频谱感知系统根据所述静默期时频图样中所定义的各子频带的静默期时间位置，对相应的认知无线电小区在其所工作的子频带上进行静默时，所述认知无线电频谱感知系统对相应的子频带进行频谱感知。另一方面，本专利技术实施例还提供了一种网络设备，作为认知无线电频谱感知系统应用于无线电认知系统中，包括：划分模块，用于将频段资源划分为多个子频带；发送模块，用于将所述划分模块所确定的子频带划分方式及相应的静默期时频图样通知给各认知无线电小区；静默模块，用于根据所述静默期时频图样中所定义的各子频带的静默期时间位置，对相应的认知无线电小区在其所工作的子频带上进行静默；感知模块，用于在所述静默模块进行静默时，对相应的子频带进行频谱感知。另一方面，本专利技术实施例还提供了一种认知无线电系统中的频谱感知方法，至少包括以下步骤：各认知无线电小区获取子频带划分方式及相应的静默期时频图样；所述各认知无线电小区根据相同的静默期时频图样中所定义的各子频带的静默期时间位置，在自身所工作的子频带上进行静默，以对相应的子频带进行频谱感知本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种认知无线电系统中的频谱感知方法，其特征在于，包括以下步骤：认知无线电频谱感知系统将频段资源划分为多个子频带，并将子频带划分方式及相应的静默期时频图样通知给各认知无线电小区；当所述认知无线电频谱感知系统根据所述静默期时频图样中所定义的各子频带的静默期时间位置，对相应的认知无线电小区在其所工作的子频带上进行静默时，所述认知无线电频谱感知系统对相应的子频带进行频谱感知。

【技术特征摘要】
1.一种认知无线电系统中的频谱感知方法，其特征在于，包括以下步骤：认知无线电频谱感知系统将频段资源划分为多个子频带，并将子频带划分方式及相应的静默期时频图样通知给各认知无线电小区；所述静默期时频图样，具体定义了在至少一个感知周期内，各子频带的静默期时间位置,各子频带的静默期时间位置互不重合；各子频带的静默期时间位置所对应的静默期时间长度相同或不同；当所述认知无线电频谱感知系统根据所述静默期时频图样中所定义的各子频带的静默期时间位置，对相应的认知无线电小区在其所工作的子频带上进行静默时，所述认知无线电频谱感知系统对相应的子频带进行频谱感知；所述静默期时频图样，具体包括：静态配置的静默期时频图样；或，动态配置的静默期时频图样；或，混合配置的静默期时频图样；当所述静默期时频图样具体为静态配置的静默期时频图样时，所述认知无线电频谱感知系统根据所述静默期时频图样中所定义的各子频带的静默期时间位置，对相应的认知无线电小区在其所工作的子频带上进行静默，具体包括：当所述认知无线电频谱感知系统根据所述静默期时频图样，确定当前的时间为一个或多个认知无线电小区所工作的子频带所对应的静默期时间位置时，所述认知无线电频谱感知系统在所述静默期时间位置所对应的时间区间内，将所述认知无线电小区工作于所述子频带上的部分进行静默；当所述静默期时频图样具体为动态配置的静默期时频图样时，具体包括：当所述认知无线电频谱感知系统向一个认知无线电小区发送对于所述认知无线电小区所工作的一个子频带的频谱感知请求时，所述认知无线电频谱感知系统根据所述静默期时频图样，确定所述子频带在当前时间之后所对应的一个或多个静默期时间位置；所述认知无线电频谱感知系统在所述一个或多个静默期时间位置所对应的时间区间内，将所述认知无线电小区工作于所述子频带上的部分进行静默；其中，当所述认知无线电频谱感知系统根据所述静默期时频图样，确定当前的时间为一个认知无线电小区所工作的一个子频带所对应的静默期时间位置时，如果所述认知无线电频谱感知系统之前没有向所述认知无线电小区发送过对于所述子频带的频谱感知请求，所述认知无线电频谱感知系统放弃在所述静默期时间位置所对应的时间区间内对所述认知无线电小区在其所工作的子频带上进行静默，使所述认知无线电小区继续在所述子频带上正常工作；当所述静默期时频图样具体为混合配置的静默期时频图样时，具体包括：所述认知无线电频谱感知系统识别所述混合配置方案中所配置的动态感知周期；当所述认知无线电频谱感知系统根据所述静默期时频图样，确定当前的时间为一个认知无线电小区所工作的一个子频带所对应的动态感知周期外的静默期时间位置时，所述认知无线电频谱感知系统在所述静默期时间位置所对应的时间区间内，对所述认知无线电小区在其所工作的子频带上的部分进行静默；当所述认知无线电频谱感知系统向一个认知无线电小区发送对于所述认知无线电小区所工作的一个子频带的频谱感知请求时，所述认知无线电频谱感知系统根据所述静默期时频图样，确定所述子频带在当前时间之后的动态感知周期内所对应的一个或多个静默期时间位置，所述认知无线电频谱感知系统在所述一个或多个静默期时间位置所对应的时间区间内，将所述认知无线电小区工作于所述子频带上的部分进行静默；当所述认知无线电频谱感知系统根据所述静默期时频图样，确定当前的时间为一个或多个认知无线电小区所工作的子频带所对应动态感知周期内的静默期时间位置时，如果所述认知无线电频谱感知系统之前没有向所述认知无线电小区发送过对于所述子频带的频谱感知请求，所述认知无线电频谱感知系统放弃在所述静默期时间位置所对应的时间区间内对所述认知无线电小区在其所工作的子频带上进行静默，使所述认知无线电小区继续在所述子频带上正常工作。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述认知无线电频谱感知系统将频段资源划分为多个子频带，并将子频带划分方式及相应的静默期时频图样通知给各认知无线电小区，具体包括：所述认知无线电频谱感知系统根据预设的静默期时频图样的相关参数将频段资源划分为多个子频带，并将子频带划分方式及相应的静默期时频图样通知给各认知无线电小区；或，所述认知无线电频谱感知系统通过接收集中逻辑实体所发送的控制消息获取静默期时频图样的相关参数，并根据所述静默期时频图样的相关参数将频段资源划分为多个子频带，并将子频带划分方式及相应的静默期时频图样通知给各认知无线电小区；其中，所述静默期时频图样的相关参数至少包括静默期周期、子频带宽度、各子频带对应的静默期的开始位置，以及各子频带对应的静默期的结束位置。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述认知无线电频谱感知系统将频段资源划分为多个子频带的规则，具体包括：所划分的各子频带之间没有交集；所划分的各子频带所对应的资源的合集为各认知无线电小区可能工作的频段资源；其中，所划分的各子频带的带宽相同或不同。4.如权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述认知无线电频谱感知系统根据所述静默期时频图样中所定义的各子频带的静默期时间位置，对相应的认知无线电小区在其所工作的子频带上进行静默，具体包括：所述认知无线电频谱感知系统通知所述认知无线电系统在所述子频带的静默期时间位置所对应的时间区间内，停止通过所述子频带向所述认知无线电小区发送消息。5.如权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，当所述认知无线电小区工作在TDD系统中时，所述认知无线电小区占用一个子频带或者多个子频带；或，当所述认知无线电小区工作在FDD系统中时，所述认知无线电小区占用一个子频带或者多个子频带；或，当所述认知无线电小区工作在FDD系统中时，所述认知无线电小区中的上行信道和下行信道分别占用一个子频带或者多个子频带。6.如权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，当所述认知无线电小区工作在多载波系统中时，各载波分别占用一个子频带或者多个子频带。7.一种网络设备，作为认知无线电频谱感知系统应用于无线电认知系统中，其特征在于，包括：划分模块，用于将频段资源划分为多个子频带；发送模块，用于将所述划分模块所确定的子频带划分方式及相应的静默期时频图样通知给各认知无线电小区；静默模块，用于根据所述静默期时频图样中所定义的各子频带的静默期时间位置，对相应的认知无线电小区在其所工作的子频带上进行静默；感知模块，用于在所述静默模块进行静默时，对相应的子频带进行频谱感知；所述发送模块，还用于向一个认知无线电小区发送对于所述认知无线电小区所工作的一个子频带的频谱感知请求；所述静默模块，具体用于当所述静默期时频图样具体为动态配置的静默期时频图样，且所述发送模块向一个认知无线电小区发送对于所述认知无线电小区所工作的一个子频带的频谱感知请求时，根据所述静默期时频图样，确定所述子频带在当前时间之后所对应的一个或多个静默期时间位置，并在所述一个或多个静默期时间位置所对应的时间区间内，将所述认知无线电小区工作于所述子频带上的部分进行静默；其中，当所述静默模块根据所述静默期时频图样，确定当前的时间为一个认知无线电小区所工作的一个子频带所对应的静默期时间位置时，如果所述发送模块之前没有向所述认知无线电小区发送过对于所述子频带的频谱感知请求，则所述静默模块放弃在所述静默期时间位置所对应的时间区间内对所述认知无线电小区在其所工作的子频带上进行静默，使所述认知无线电小区继续在所述子频带上正常工作；所述静默模块，具体用于当所述静默期时频图样具体为混合配置的静默期时频图样时，识别所述混合配置方案中所配置的动态感知周期，并在根据所述静默期时频图样，确定当前的时间为一个认知无线电小区所工作的一个子频带所对应的动态感知周期外的静默期时间位置时，在所述静默期时间位置所对应的时间区间内，对所述认知无线电小区在其所工作的子频带上的部分进行静默；还用于当所述发送模块向一个认知无线电小区发送对于所述认知无线电小区所工作的一个子频带的频谱感知请求时，根据所述静默期时频图样，确定所述子频带在当前时间之后的动态感知周期内所对应的一个或多个静默期时间位置，在所述一个或多个静默期时间位置所对应的时间区间内，将所述认知无线电小区工作于所述子频带上的部分进行静默；还用于当根据所述静默期时频图样，确定当前的时间为一个或多个认知无线电小区所工作的子频带所对应动态感知周期内的静默期时间位置，且所述发送模块之前没有向所述认知无线电小区发送过对于所述子频带的频谱感知请求时，放弃在所述静默期时间位置所对应的时间区间内对所述认知无线电小区在其所工作的子频带上进行静默，使所述认知无线电小区继续在所述子频带上正常工作。8.如权利要求7所述的网络设备，其特征在于，所述划分模块，具体用于：根据预设的静默期时频图样的相关参数将频段资源划分为多个子频带，并将子频带划分方式及相应的静默期时频图样通知给各认知无线电小区；或，通过接收集中逻辑实体所发送的控制消息获取静默期时频图样的相关参数，并根据所述静默期时频图样的相关参数将频段资源划分为多个子频带，并将子频带划分方式及相应的静默期时频图样通知给各认知无线电小区；其中，所述静默期时频图样的相关参数至少包括静默期周期、子频带宽度、各子频带对应的静默期的开始位置，以及各子频带对应的静默期的结束位置。9.如权利要求7所述的网络设备，其特征在于，所述静默模块，具体用于：当所述静默期时频图样具体为静态配置的静默期时频图样，且根据所述静默期时频图样，确定当前的时间为一个或多个认知无线电小区所工作的子频带所对应的静默期时间位置时，在所述静默期...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋成钢，李媛媛，白文岭，杨宇，
申请(专利权)人：电信科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：