一種基於區域劃分的空時頻譜共享方法和系統的製作方法
2023-05-21 06:05:31
專利名稱：一種基於區域劃分的空時頻譜共享方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線通信系統中頻譜共享技術領域，尤其涉及一種基於區域劃分的空時頻譜共享方法和系統。
背景技術：
「頻譜稀缺」已經成為制約下一代無線通信系統發展的ー個瓶頸。傳統的方法是採取固定方式將無線電通信頻譜分配給不同業務，一個頻段一般僅供ー個無線通信系統獨立使用，由國家統ー分配、授權。但是，隨著無線網絡結構的日益複雜和通信技術質量要求的嚴格化，使得頻譜資源需求的急劇增長和資源本身容量有限的矛盾日益激化。隨著軟體無線電技術(Software Defined Radio, SDR)的發展和認知無線電(Cognitive Radio, CR)概念的提出，業內人士普遍認為認知無線電技術是提高頻譜使用效用效率的一種有效方法。基於認知無線電技術的認識無線網絡(Cognitive Radio Networks, CRN),是當今通信領域最前沿的研究領域之一。認知無線網絡是ー種具有認知功能的網絡，它能分辨當前網絡狀態，然後根據這些狀態進行規劃、決策和響應。動態頻譜共享技術(Dynamic Spectrum sharing, DSS)是認知無線網絡能提高頻譜利用率所依靠的ー項極為關鍵的技術，其基本思想是認知用戶在保證主用戶的服務質量(QoS)的前提下，認知網絡用戶動態利用主用戶頻段(即主用戶的授權頻段)進行通信，從而提高頻譜利用效率。目前提出的動態頻譜共享技術共分為兩類，即空域動態頻譜共享和時域頻譜共享，但是二者各有缺陷。空域頻譜共享,又被稱作spectrum underlay,允許認知用戶在不幹擾主用戶的前提下，與主用戶同時採用授權頻段進行通信，不受時間限制。但是由於認知用戶需要進行有效地功率控制避免對主用戶的幹擾，從而導致降低次用戶的傳輸速率。此外，如果次用戶距離主用戶過近，則會由於幹擾過大而不能夠進行數據傳輸。因此空域頻譜共享實際上忽略了一定的空域頻譜利用機會。時域頻譜共享，又被稱作spectrum overlay,允許認知用戶通過頻譜檢測技術檢測授權頻段是否空閒，從而能夠在主用戶不使用授權頻段時進行數據傳輸，不受與主用戶的距離限制。但是時域頻譜共享極大地依賴主用戶的行為特徵，如果主用戶在某段時間ー直佔用某段頻譜，則認知用戶不能利用該段頻譜。因此時域頻譜共享實際上忽略了一定的時域頻譜利用機會。綜上所述，目前的動態頻譜共享技術大多均針對空域或者時域單獨研究，但各自在頻譜利用機會的利用方面存在缺陷。儘管已有相關的研究和技術提出了空域和時域相結合的頻譜利用機會的概念，並將其作為衡量頻譜檢測的指標，但是並沒有進ー步研究如何有效利用上述兩個頻譜機會。雖然基於區域劃分的頻譜共享技術已被逐漸認可，但其主要用於空域頻譜共享，缺乏對時域頻譜機會的有效利用
發明內容
(—)要解決的技術問題針對上述缺陷，本發明要解決的技術問題是如何在認知無線網絡下實現空域和時域聯合進行頻譜共享，提高頻譜利用效率。(ニ)技術方案為解決上述問題，本發明提供了一種基於區域劃分的空時頻譜共享方法，所述方法具體包括:A:接收主用戶和認知用戶分別發送的主用戶通信參數和認知用戶通信參數；B:結合所述主用戶通信參數和所述認知用戶通信參數進行頻譜共享區域的邊界計算，將所述頻譜共享區域劃分為五個區域；C:根據所述認知用戶通信參數判定每個認知用戶屬於所述頻譜共享區域中的哪一區域，並根據判定結果採用相應的共享方式進行空時頻譜的共享。優選地，所述主用戶通信參數包括:主用戶位置、主用戶傳輸中斷概率門限和主用戶所能承受的幹擾門限；所述認知用戶通信參數包括:認知用戶位置、認知用戶漏檢概率和虛警概率門限。優選地，所述將所述頻譜共享區域劃分為五個區域具體包括:主用戶保護區域、時域頻譜共享區域、空時混合頻譜共享區域、功率受限制的空域頻譜共享區域和功率不受限制的空域頻譜共享區域。優選地，所述結合所述主用戶通信參數和所述認知用戶通信參數進行頻譜共享區域的邊界計算具體包括:B1:計算主用戶保護區域外半徑，計算主用戶發射機覆蓋邊緣的接收機的通信中斷概率，所述通信中斷概率當達到所述主用戶傳輸中斷概率門限時，則所述主用戶發射機與其覆蓋邊緣的接收機之間的距離即為所述主用戶保護區域外半徑；B2:計算時域頻譜共享區域外半徑，所述認知用戶與所述主用戶進行空域頻譜共享時，根據認知用戶發射機與認知用戶接收機的距離、所述主用戶發射機與所述認知用戶接收機的距離計算處於所述認知用戶發射機最小覆蓋範圍邊緣的認知用戶接收機的接受信噪比，得出所述認知用戶接收機的軌跡的表達式，所述軌跡的為圓，其中圓心為所述認知用戶發射機的位置，則所述認知用戶發射機與主用戶發射機之間的距離即為所述時域頻譜共享區域外半徑；B3:計算空時混合頻譜共享區域外半徑，根據頻譜檢測是的所述認知用戶漏檢概率和所述虛警概率門限確定檢測門限的上界和下界，當所述上界和所述下界相等時的認知用戶與主用戶發射機之間的距離即為所述空時混合頻譜共享區域外半徑；B4:計算功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑，假設所述功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑為未知參數，計算所述未知參數至無窮遠處所有認知用戶的累計幹擾，並計算當所述累計幹擾等於所述主用戶所能承受的幹擾門限時，所述未知參數的值即為所述功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑；B5:根據所述空時混合頻譜共享區域外半徑與所述功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑的大小判斷所述功率受限制的空域頻譜共享區域是否存在，如果所述空時混合頻譜共享區域外半徑小於所述功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑，則所述功率受限制的空域頻譜共享區域存在，否則不存在。
優選地，所述步驟C具體包括:Cl:判斷所述認知用戶是否屬於所述主用戶保護區域，如果是則所述認知用戶不進行頻譜共享區域，否則進入步驟C2 ；C2:判斷所述認知用戶是否屬於時域頻譜共享區域，如果是則所述認知用戶進行時域頻譜共享，否則進入步驟C3 ；C3:判斷所述認知用戶是否屬於空時混合頻譜共享區域，如果是則所述認知用戶進行時域頻譜共享或空域頻譜共享，否則進入步驟C4 ；C4:判斷所述認知用戶是否屬於功率受限制的空域頻譜共享區域，如果是則所述認知用戶以低於限制功率的功率進行空域頻譜共享，否則進入步驟C5 ；C5:以任意功率進行空域頻譜共享。為解決上述問題，本發明還提供了一種基於區域劃分的空時頻譜共享系統，所述系統包括:主用戶單元、頻譜共享單元和認知用戶單元；所述主用戶單元中包括主用戶通信參數上報模塊，用於發送主用戶通信參數；所述頻譜共享單元用於結合所述主用戶通信參數和所述認知用戶通信參數進行頻譜共享區域的邊界計算，將所述頻譜共享區域劃分為五個區域，具體包括:區域計算模塊、區域分配模塊和區域分配信息發送模塊；所述認知用戶單元用於根據所述認知用戶通信參數判定每個認知用戶屬於所述頻譜共享區域中的哪一區域，並根據判定結果採用相應的共享方式進行空時頻譜的共享，具體包括:認知用戶通信參數上報模塊、頻譜共享模式決策模塊、時域頻譜共享模塊和空域頻譜共享模塊。優選地，所述區域計算模塊接收所述主用戶通信參數上報模塊發送的主用戶通信參數和所述認知用戶通信參數上報模塊發送的認知用戶通信參數進行所述頻譜共享區域的邊界計算；其中所述主用戶通信參數包括主用戶位置、主用戶傳輸中斷概率門限和主用戶所能承受的幹擾門限；所述認知用戶通信參數包括:認知用戶位置、認知用戶漏檢概率和虛警概率門限。優選地，所述區域計算模塊將所述頻譜共享區域劃分為主用戶保護區域、時域頻譜共享區域、空時混合頻譜共享區域、功率受限制的空域頻譜共享區域和功率不受限制的空域頻譜共享區域五個區域。優選地，其特徵在於，所述區域計算模塊具體包括:第一計算模塊、第二計算模塊、第三計算模塊、第四計算模塊和第五區域判定模塊；所述第一計算模塊，用於計算主用戶保護區域外半徑，計算主用戶發射機覆蓋邊緣的接收機的通信中斷概率，所述通信中斷概率當達到所述主用戶傳輸中斷概率門限吋，則所述主用戶發射機與其覆蓋邊緣的接收機之間的距離即為所述主用戶保護區域外半徑;所述第二計算模塊，用於計算時域頻譜共享區域外半徑，所述認知用戶與所述主用戶進行空域頻譜共享時，根據認知用戶發射機與認知用戶接收機的距離、所述主用戶發射機與所述認知用戶接收機的距離計算處於所述認知用戶發射機最小覆蓋範圍邊緣的認知用戶接收機的接受信噪比，得出所述認知用戶接收機的軌跡的表達式，所述軌跡的為圓，其中圓心為所述認知用戶發射機的位置，則所述認知用戶發射機與主用戶發射機之間的距離即為所述時域頻譜共享區域外半徑；所述第三計算模塊，用於計算空時混合頻譜共享區域外半徑，根據頻譜檢測是的所述認知用戶漏檢概率和所述虛警概率門限確定檢測門限的上界和下界，當所述上界和所述下界相等時的認知用戶與主用戶發射機之間的距離即為所述空時混合頻譜共享區域外半徑；所述第四計算模塊，用於計算功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑，假設所述功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑為未知參數，計算所述未知參數至無窮遠處所有認知用戶的累計幹擾，並計算當所述累計幹擾等於所述主用戶所能承受的幹擾門限吋，所述未知參數的值即為所述功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑；所述第五區域判定模塊用於根據所述空時混合頻譜共享區域外半徑與所述功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑的大小判斷所述功率受限制的空域頻譜共享區域是否存在，如果所述空時混合頻譜共享區域外半徑小於所述功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑，則所述功率受限制的空域頻譜共享區域存在，否則不存在。優選地，所述區域分配模塊包括:第一判斷模塊、第二判斷模塊、第三判斷模塊、第四判斷模塊和第五模塊；所述第一判斷模塊，用於判斷所述認知用戶是否屬於所述主用戶保護區域，如果是則所述認知用戶不進行頻譜共享區域，否則進入所述第二判斷模塊；所述第二判斷模塊，用於判斷所述認知用戶是否屬於時域頻譜共享區域，如果是則所述認知用戶進入所述時域頻譜共享模塊進行時域頻譜共享，否則進入所述第三判斷模塊；所述第三判斷模塊，用於判斷所述認知用戶是否屬於空時混合頻譜共享區域，如果是則所述認知用戶進入所述時域頻譜共享模塊進行時域頻譜共享或進入所述空域頻譜共享模塊進行空域頻譜共享，否則進入所述第四判斷模塊；所述第四判斷模塊，用於判斷所述認知用戶是否屬於功率受限制的空域頻譜共享區域，如果是則所述認知用戶進入所述空域頻譜共享模塊以低於限制功率的功率進行空域頻譜共享，否則進入所述第五模塊；所述第五模塊，用於所述認知用戶進入所述空域頻譜共享模塊以任意功率進行空域頻譜共享。(三)有益效果本發明提出了一種基於區域劃分的空時頻譜共享方法和系統，在認知無線網絡中充分利用時域上的頻譜機會，將空域頻譜共享與時域頻譜共享有機結合，從而進一步提升頻譜利用效率，對頻譜共享區域中的每個區域的邊界進行計算方法，具有很強的實際操作價值。
圖1為本發明實施例一的一種基於區域劃分的空時頻譜共享方法的流程圖2為本發明實施例一中的認知無線網絡中的基於區域劃分的空時頻譜共享場景圖；圖3為本發明實施例一的一種基於區域劃分的空時頻譜共享方法中的步驟B的具體流程圖；圖4為本發明實施例一的一種基於區域劃分的空時頻譜共享方法中的步驟C的具體流程圖；圖5為本發明實施例一的一種基於區域劃分的空時頻譜共享方法中認知數據可和頻譜檢測結合的使用方法流程圖；圖6為本發明實施例ニ的一種基於區域劃分的空時頻譜共享系統的組成示意圖；圖7為本發明實施例ニ的一種基於區域劃分的空時頻譜共享系統中區域計算模塊的組成示意圖；圖8為本發明實施例ニ的一種基於區域劃分的空時頻譜共享系統中區域分配模塊的組成示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進ー步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。實施例一本發明實施例一中提供了一種基於區域劃分的空時頻譜共享方法，步驟流程如圖1所示，具體包括以下步驟:步驟A:接收主用戶和認知用戶分別發送的主用戶通信參數和認知用戶通信參數。其中，主用戶通信參數包括:主用戶位置、主用戶傳輸中斷概率門限和主用戶所能承受的幹擾門限。認知用戶通信參數包括:認知用戶位置、認知用戶漏檢概率和虛警概率門限。步驟B:結合主用戶通信參數和認知用戶通信參數進行頻譜共享區域的邊界計算，將頻譜共享區域劃分為五個區域。具體的，五個區域包括:主用戶保護區域、時域頻譜共享區域、空時混合頻譜共享區域、功率受限制的空域頻譜共享區域和功率不受限制的空域頻譜共享區域，基於區域劃分的空時頻譜共享如圖2所示，具體介紹圖如下:1.主用戶保護區域:在該區域內，為了保證主用戶的數據傳輸不受影響(即主用戶通信的中斷概率需要小於門限值)，認知用戶不能夠進行數據傳輸。2.時域頻譜共享區域:由於該區域離主用戶較近，為保證認知用戶接收機在傳輸時不受到主用戶發射機的幹擾，認知用戶只能夠進行時域頻譜共享，即在主用戶信道空閒的時候利用授權頻譜進行數據傳輸，而不能夠進行空域頻譜共享，即與主用戶同時採用授權頻段進行通信。3.空時結合頻譜共享區域:該區域內的認知用戶既可以採用空域頻譜共享，也可以採用時域頻譜共享。4.功率受控制的空域頻譜共享區域:該區域的認知用戶由於受到頻譜檢測能力的限制(因為距離主用戶較遠，檢測誤差過大)，同時又為了確保對主用戶的幹擾低於主用戶的幹擾門限，需要進行功率控制。5.功率不受控制的空域頻譜共享區域:該區域的認知用戶由於距離主用戶最遠，可以以最大發射功率進行空域頻譜共享，即功率不受限制。具體的，結合主用戶通信參數和認知用戶通信參數進行頻譜共享區域的邊界計算步驟流程如圖3所示，具體包括:步驟B1:計算主用戶保護區域外半徑も。計算主用戶發射機覆蓋邊緣的接收機的通信中斷概率，通信中斷概率當達到主用戶傳輸中斷概率門限時，則主用戶發射機與其覆蓋邊緣的接收機之間的距離即為主用戶保護區域外半徑も。在R1以內的主用戶的通信中斷概率均低於門限值，即都能夠正常通信。步驟B2:計算時域頻譜共享區域外半徑R2。假設某ー認知用戶與主用戶同時採用授權頻段進行通信(即進行空域頻譜共享)，認知用戶與主用戶進行空域頻譜共享時，認知用戶發射機的覆蓋面積與主用戶發射機和認知用戶之間的距離成反比(因為認知用戶距離主用戶越近，受到主用戶發射機的幹擾越大，不能夠正常通信的認知用戶相應就越多，從而導致認知用戶發射機的覆蓋面積減小)。計算當達到認知用戶發射機最小覆蓋面積(即覆蓋面積門限值)時，主用戶發射機與認知用戶之間的距離R2。根據認知用戶發射機與認知用戶接收機的距離、主用戶發射機與認知用戶接收機的距離計算處於認知用戶發射機最小覆蓋範圍邊緣的認知用戶接收機的接受信噪比，得出認知用戶接收機的軌跡的表達式，軌跡的為圓，其中圓心為認知用戶發射機的位置，則認知用戶發射機與主用戶發射機之間的距離即為時域頻譜共享區域外半徑r2。具體計算方法如下:(I)計算處於認知用戶發射機最小覆蓋範圍邊緣的認知用戶接收機的接受信噪比，該信噪比是認知用戶發射機和認知用戶接收機的距離、以及主用戶發射機和認知用戶接收機的距離的函數。(2)根據(I)中的函數式可以得出該認知用戶接收機的軌跡的表達式，該軌跡是圓，圓心為認知用戶發射機的位置，半徑為
最小覆蓋面積/貧。(3)根據認知用戶發射機的位置，即可算出認知用戶發射機與主用戶
發射機之間的距離。由於一旦低於R2，進行空域頻譜共享的認知用戶將無法達到覆蓋面積門限值，不能進行空域頻譜共享而只能進行時域頻譜共享，因此，R2即為時域頻譜共享區域外半徑。步驟B3:計算空時混合頻譜共享區域外半徑R3。根據頻譜檢測是的認知用戶漏檢概率和虛警概率門限確定檢測門限的上界和下界，根據計算可以得到上界是認知用戶與主用戶發射機距離的減函數，而下界與認知用戶和主用戶發射機之間的距離無關。當上界和下界相等時的認知用戶與主用戶發射機之間的距離即為空時混合頻譜共享區域外半徑r3。步驟B4:計算功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑R4。假設功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑為未知參數X，計算未知參數X至無窮遠處所有認知用戶的累計幹擾，並計算當累計幹擾等於主用戶所能承受的幹擾門限時，未知參數X的值即為功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑r4。步驟B5:根據空時混合頻譜共享區域外半徑R3與功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑R4的大小判斷功率受限制的空域頻譜共享區域是否存在，如果空時混合頻譜共享區域外半徑R3小於功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑R4,則功率受限制的空域頻譜共享區域存在，否則不存在。步驟C:根據認知用戶通信參數判定每個認知用戶屬於頻譜共享區域中的哪一區域，並根據判定結果採用相應的共享方式進行空時頻譜的共享。步驟C的步驟流程如圖4所示，具體包括以下步驟:步驟Cl:判斷認知用戶是否屬於主用戶保護區域，如果是則認知用戶不進行頻譜共享區域，否則進入步驟C2。步驟C2:判斷認知用戶是否屬於時域頻譜共享區域，如果是則認知用戶進行時域頻譜共享，否則進入步驟C3。步驟C3:判斷認知用戶是否屬於空時混合頻譜共享區域，如果是則認知用戶進行時域頻譜共享或空域頻譜共享，否則進入步驟C4。步驟C4:判斷認知用戶是否屬於功率受限制的空域頻譜共享區域，如果是則認知用戶以低於限制功率的功率進行空域頻譜共享，否則進入步驟C5。步驟C5:以任意功率進行空域頻譜共享。在異構網絡下認知資料庫和頻譜檢測結合的使用方法流程如圖5所示。本發明的實施例適用於主用戶網絡為單發射機、多接收機，同時認知用戶的發射機和接收機之間的傳輸距離遠遠小於主用戶發射機和接收機之間的傳輸距離的場景。認知用戶採用能量檢測的方式進行頻譜檢測。若主用戶網絡為多發射機多接收機的場景，則可將其劃分為若干個單發射機，多接收機的子場景，對每個子場景分別採用本發明實施例提供的方法即可。通過使用上述方法，在認知無線網絡中充分利用時域上的頻譜機會，將空域頻譜共享與時域頻譜共享有機結合，從而進ー步提升頻譜利用效率，對頻譜共享區域中的每個區域的邊界進行計算方法，具有很強的實際操作價值。實施例ニ為達到上述目的，本發明的實施例ニ中還提供了一種基於區域劃分的空時頻譜共享系統，組成示意圖如圖6所示,具體包括:主用戶單元610、頻譜共享單元620和認知用戶單元630。主用戶單元610中包括主用戶通信參數上報模塊611，用於發送主用戶通信參數。其中，主用戶通信參數包括主用戶位置、主用戶傳輸中斷概率門限和主用戶所能承受的幹擾門限。頻譜共享單元620用於結合主用戶通信參數和認知用戶通信參數進行頻譜共享區域的邊界計算，將頻譜共享區域劃分為五個區域，具體包括:區域計算模塊621、區域分配模塊622和區域分配信息發送模塊623。認知用戶單元630用於根據認知用戶通信參數判定每個認知用戶屬於頻譜共享區域中的哪一區域，並根據判定結果採用相應的共享方式進行空時頻譜的共享，具體包括:認知用戶通信參數上報模塊631、頻譜共享模式決策模塊632、時域頻譜共享模塊633和空域頻譜共享模塊634。認知用戶通信參數上報模塊631，用於向區域計算模塊621發送認知用戶通信參數。其中，認知用戶通信參數包括:認知用戶位置、認知用戶漏檢概率和虛警概率門限。區域計算模塊621，用於接收主用戶通信參數上報模塊611發送的主用戶通信參數和認知用戶通信參數上報模塊631發送的認知用戶通信參數進行頻譜共享區域的邊界計算。區域計算模塊621接收的數據包括:主用戶位置、主用戶傳輸中斷概率門限、主用戶所能承受的幹擾門限、認知用戶位置、認知用戶漏檢概率和虛警概率門限。
區域計算模塊621組成示意圖如圖7所示，具體包括:第一計算模塊6211、第二計算模塊6212、第三計算模塊6213、第四計算模塊6214和第五區域判定模塊6215。第一計算模塊6211，用於計算主用戶保護區域外半徑も。計算主用戶發射機覆蓋邊緣的接收機的通信中斷概率，通信中斷概率當達到主用戶傳輸中斷概率門限時，則主用戶發射機與其覆蓋邊緣的接收機之間的距離即為主用戶保護區域外半徑札。第二計算模塊6212，用於計算時域頻譜共享區域外半徑R2。認知用戶與主用戶進行空域頻譜共享時，根據認知用戶發射機與認知用戶接收機的距離、主用戶發射機與認知用戶接收機的距離計算處於認知用戶發射機最小覆蓋範圍邊緣的認知用戶接收機的接受信噪比，得出認知用戶接收機的軌跡的表達式，軌跡的為圓，其中圓心為認知用戶發射機的位置，則認知用戶發射機與主用戶發射機之間的距離即為時域頻譜共享區域外半徑R2。第三計算模塊6213，用於計算空時混合頻譜共享區域外半徑R3。根據頻譜檢測是的認知用戶漏檢概率和虛警概率門限確定檢測門限的上界和下界，當上界和下界相等時的認知用戶與主用戶發射機之間的距離即為空時混合頻譜共享區域外半徑R3。第四計算模塊6214，用於計算功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑R4。假設功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑為未知參數X，計算未知參數X至無窮遠處所有認知用戶的累計幹擾，並計算當累計幹擾等於主用戶所能承受的幹擾門限時，未知參數X的值即為功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑r4。具體計算方法如下:(I)計算處於認知用戶發射機最小覆蓋範圍邊緣的認知用戶接收機的接受信噪比，該信噪比是認知用戶發射機和認知用戶接收機的距離、以及主用戶發射機和認知用戶接收機的距離的函數。(2)根據(I)中的函數式可以得出該認知用戶接收機的軌跡的表達式，該軌跡是圓，圓心為認知用戶發射機的位置，半徑為^/最小覆蓋面積/;r。(3)根據認知用戶發射機的位置，即可算出認知用戶發射機與主用戶發射機之間的距離。第五區域判定模塊6215，用於根據空時混合頻譜共享區域外半徑R3與功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑R4的大小判斷功率受限制的空域頻譜共享區域是否存在。如果空時混合頻譜共享區域外半徑R3小於功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑R4,則功率受限制的空域頻譜共享區域存在，否則不存在。通過計算將頻譜共享區域劃分為主用戶保護區域、時域頻譜共享區域、空時混合頻譜共享區域、功率受限制的空域頻譜共享區域和功率不受限制的空域頻譜共享區域五個區域，並輸出主用戶保護區域外半徑R1、時域頻譜共享區域外半徑R2、空時混合頻譜共享區域外半徑R3、功率不受限制的空域頻譜共享區域外半徑R4和認知用戶位置信息。區域分配模塊622，用於根據認知用戶的位置信息以及各個頻譜共享區域的半徑信息，將所有認知用戶劃分進不同的頻譜共享區域，並將認知用戶所在的頻譜共享區域信息傳遞給區域分配信息發送模塊623發送給認知用戶。區域分配模塊622接收的數據包括:主用戶保護區域外半徑R1、時域頻譜共享區域外半徑R2、空時混合頻譜共享區域外半徑R3、功率不受限制的空域頻譜共享區域外半徑R4和認知用戶位置信息。區域分配模塊622組成示意圖如圖8所示，具體包括:第一判斷模塊6221、第二判斷模塊6222、第三判斷模塊6223、第四判斷模塊6224和第五模塊6225。第一判斷模塊6221，用於判斷認知用戶是否屬於主用戶保護區域，如果是則認知用戶不進行頻譜共享區域，否則進入第二判斷模塊6222。第二判斷模塊6222，用於判斷認知用戶是否屬於時域頻譜共享區域，如果是則認知用戶進入時域頻譜共享模塊進行時域頻譜共享，否則進入第三判斷模塊6223。第三判斷模塊6223，用於判斷認知用戶是否屬於空時混合頻譜共享區域，如果是則認知用戶進入時域頻譜共享模塊進行時域頻譜共享或進入空域頻譜共享模塊進行空域頻譜共享，否則進入第四判斷模塊6224。第四判斷模塊6224，用於判斷認知用戶是否屬於功率受限制的空域頻譜共享區域，如果是則認知用戶進入空域頻譜共享模塊以低於限制功率的功率進行空域頻譜共享，否則進入第五模塊6225。第五模塊6225，用於認知用戶進入空域頻譜共享模塊以任意功率進行空域頻譜共享。通過上述判斷模塊的判斷，最後輸出將認知用戶屬於頻譜共享區域的哪一區域的信息，並發送給認知用戶單元中的頻譜共享模式決策模塊632。頻譜共享模式決策模塊632接收區域分配信息發送模塊623發送的數據，並調動相應的頻譜共享模塊進行頻譜共享。其中的頻譜共享模塊包括時域頻譜共享模塊633和空域頻譜共享模塊634。時域頻譜共享模塊633首先通過頻譜檢測技術檢測授權頻段是否空閒，進而在主用戶不使用授權頻段時進行數據傳輸。空域頻譜共享模塊634在不幹擾主用戶的前提下，與主用戶同時採用授權頻段進行通信，具體包括:功率受限制的空域頻譜共享和功率不受限制的空域頻譜共享。通過上述系統，在認知無線網絡中充分利用時域上的頻譜機會，將空域頻譜共享與時域頻譜共享有機結合，從而進ー步提升頻譜利用效率，對頻譜共享區域中的每個區域的邊界進行計算方法，具有很強的實際操作價值。以上實施方式僅用於說明本發明，而並非對本發明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬於本發明的範疇，本發明的專利保護範圍應由權利要求限定。
權利要求
1.一種基於區域劃分的空時頻譜共享方法，其特徵在於，所述方法具體包括: A:接收主用戶和認知用戶分別發送的主用戶通信參數和認知用戶通信參數； B:結合所述主用戶通信參數和所述認知用戶通信參數進行頻譜共享區域的邊界計算，將所述頻譜共享區域劃分為五個區域； C:根據所述認知用戶通信參數判定每個認知用戶屬於所述頻譜共享區域中的哪一區域，並根據判定結果採用相應的共享方式進行空時頻譜的共享。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述主用戶通信參數包括:主用戶位置、主用戶傳輸中斷概率門限和主用戶所能承受的幹擾門限；所述認知用戶通信參數包括:認知用戶位置、認知用戶漏檢概率和虛警概率門限。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述將所述頻譜共享區域劃分為五個區域具體包括:主用戶保護區域、時域頻譜共享區域、空時混合頻譜共享區域、功率受限制的空域頻譜共享區域和功率不受限制的空域頻譜共享區域。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述結合所述主用戶通信參數和所述認知用戶通信參數進行頻譜共享區域的邊界計算具體包括: B1:計算主用戶保護區域外半徑，計算主用戶發射機覆蓋邊緣的接收機的通信中斷概率，所述通信中斷概率當達到所述主用戶傳輸中斷概率門限時，則所述主用戶發射機與其覆蓋邊緣的接收機之間的距離即為所述主用戶保護區域外半徑； B2:計算時域頻譜共享區域外半徑，所述認知用戶與所述主用戶進行空域頻譜共享時，根據認知用戶發射機與認知用戶接收機的距離、所述主用戶發射機與所述認知用戶接收機的距離計算處於所述認知用戶發射機最小覆蓋範圍邊緣的認知用戶接收機的接受信噪比，得出所述認知用戶接收機的軌跡的表達式，所述軌跡的為圓，其中圓心為所述認知用戶發射機的位置，則所述認知用戶發射機與主用戶發射機之間的距離即為所述時域頻譜共享區域外半徑； B3:計算空時混合頻譜共享區域外半徑，根據頻譜檢測是的所述認知用戶漏檢概率和所述虛警概率門限確定檢測門限的上界和下界，當所述上界和所述下界相等時的認知用戶與主用戶發射機之間的距離即為所述空時混合頻譜共享區域外半徑； B4:計算功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑，假設所述功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑為未知參數，計算所述未知參數至無窮遠處所有認知用戶的累計幹擾，並計算當所述累計幹擾等於所述主用戶所能承受的幹擾門限時，所述未知參數的值即為所述功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑； B5:根據所述空時混合頻譜共享區域外半徑與所述功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑的大小判斷所述功率受限制的空域頻譜共享區域是否存在，如果所述空時混合頻譜共享區域外半徑小於所述功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑，則所述功率受限制的空域頻譜共享區域存在，否則不存在。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟C具體包括: Cl:判斷所述認知用戶是否屬於所述主用戶保護區域，如果是則所述認知用戶不進行頻譜共享區域，否則進 入步驟C2 ； C2:判斷所述認知用戶是否屬於時域頻譜共享區域，如果是則所述認知用戶進行時域頻譜共享，否則進入步驟C3;C3:判斷所述認知用戶是否屬於空時混合頻譜共享區域，如果是則所述認知用戶進行時域頻譜共享或空域頻譜共享，否則進入步驟C4 ； C4:判斷所述認知用戶是否屬於功率受限制的空域頻譜共享區域，如果是則所述認知用戶以低於限制功率的功率進行空域頻譜共享，否則進入步驟C5 ； C5:以任意功率進行空域頻譜共享。
6.一種基於區域劃分的空時頻譜共享系統，其特徵在於，所述系統具體包括: 主用戶單元、頻譜共享單元和認知用戶單元； 所述主用戶單元中包括主用戶通信參數上報模塊，用於發送主用戶通信參數； 所述頻譜共享單元用於結合所述主用戶通信參數和所述認知用戶通信參數進行頻譜共享區域的邊界計算，將所述頻譜共享區域劃分為五個區域，具體包括:區域計算模塊、區域分配模塊和區域分配信息發送模塊； 所述認知用戶單元用於根據所述認知用戶通信參數判定每個認知用戶屬於所述頻譜共享區域中的哪一區域，並根據判定結果採用相應的共享方式進行空時頻譜的共享，具體包括:認知用戶通信參數上報模塊、頻譜共享模式決策模塊、時域頻譜共享模塊和空域頻譜共享模塊。
7.如權利要求6所述的系統，其特徵在幹，所述區域計算模塊接收所述主用戶通信參數上報模塊發送的主用戶通信參數和所述認知用戶通信參數上報模塊發送的認知用戶通信參數進行所述頻譜共享區域的邊界計算； 其中所述主用戶通信參數包括主用戶位置、主用戶傳輸中斷概率門限和主用戶所能承受的幹擾門限；所述認知用戶通信參數包括:認知用戶位置、認知用戶漏檢概率和虛警概率門限。
8.如權利要求6所述的系統，其特徵在幹，所述區域計算模塊將所述頻譜共享區域劃分為主用戶保護區域、時域頻譜共享區域、空時混合頻譜共享區域、功率受限制的空域頻譜共享區域和功率不受限制的空域頻譜共享區域五個區域。
9.如權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述區域計算模塊具體包括: 第一計算模塊、第二計算模塊、第三計算模塊、第四計算模塊和第五區域判定模塊；所述第一計算模塊，用於計算主用戶保護區域外半徑，計算主用戶發射機覆蓋邊緣的接收機的通信中斷概率，所述通信中斷概率當達到所述主用戶傳輸中斷概率門限時，則所述主用戶發射機與其覆蓋邊緣的接收機之間的距離即為所述主用戶保護區域外半徑； 所述第二計算模塊，用於計算時域頻譜共享區域外半徑，所述認知用戶與所述主用戶進行空域頻譜共享時，根據認知用戶發射機與認知用戶接收機的距離、所述主用戶發射機與所述認知用戶接收機的距離計算處於所述認知用戶發射機最小覆蓋範圍邊緣的認知用戶接收機的接受信噪比，得出所述認知用戶接收機的軌跡的表達式，所述軌跡的為圓，其中圓心為所述認知用戶發射機的位置，則所述認知用戶發射機與主用戶發射機之間的距離即為所述時域頻譜共享區域外半徑； 所述第三計算模塊，用於計算空時混合頻譜共享區域外半徑，根據頻譜檢測是的所述認知用戶漏檢概率和所述虛警概率門限確定檢測門限的上界和下界，當所述上界和所述下界相等時的認知用戶與主用戶發射機之間的距離即為所述空時混合頻譜共享區域外半徑；所述第四計算模塊，用於計算功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑，假設所述功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑為未知參數，計算所述未知參數至無窮遠處所有認知用戶的累計幹擾，並計算當所述累計幹擾等於所述主用戶所能承受的幹擾門限時，所述未知參數的值即為所述功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑； 所述第五區域判定模塊用於根據所述空時混合頻譜共享區域外半徑與所述功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑的大小判斷所述功率受限制的空域頻譜共享區域是否存在，如果所述空時混合頻譜共享區域外半徑小於所述功率不受限制的空域頻譜共享區域內半徑，則所述功率受限制的空域頻譜共享區域存在，否則不存在。
10.如權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述區域分配模塊包括:第一判斷模塊、第ニ判斷模塊、第三判斷模塊、第四判斷模塊和第五模塊； 所述第一判斷模塊，用於判斷所述認知用戶是否屬於所述主用戶保護區域，如果是則所述認知用戶不進行頻譜共享區域，否則進入所述第二判斷模塊；所述第二判斷模塊，用於判斷所述認知用戶是否屬於時域頻譜共享區域，如果是則所述認知用戶進入所述時域頻譜共享模塊進行時域頻譜共享，否則進入所述第三判斷模塊；所述第三判斷模塊，用於判斷所述認知用戶是否屬於空時混合頻譜共享區域，如果是則所述認知用戶進入所述時域頻譜共享模塊進行時域頻譜共享或進入所述空域頻譜共享模塊進行空域頻譜共享，否則進入所述第四判斷模塊； 所述第四判斷模塊，用於判斷所述認知用戶是否屬於功率受限制的空域頻譜共享區域，如果是則所述認知用戶進入所述空域頻譜共享模塊以低於限制功率的功率進行空域頻譜共享，否則進入所述第五模塊； 所述第五模塊，用於所述認知用戶進入所述空域頻譜共享模塊以任意功率進行空域頻譜共享。
全文摘要
本發明公開了一種基於區域劃分的空時頻譜共享方法和系統，通過接收主用戶和認知用戶分別發送的主用戶通信參數和認知用戶通信參數；結合主用戶通信參數和認知用戶通信參數進行頻譜共享區域的邊界計算，將頻譜共享區域劃分為五個區域；根據認知用戶通信參數判定每個認知用戶屬於頻譜共享區域中的哪一區域，並根據判定結果採用相應的共享方式進行空時頻譜的共享。本發明在認知無線網絡中充分利用時域上的頻譜機會，將空域頻譜共享與時域頻譜共享有機結合，從而進一步提升頻譜利用效率，對頻譜共享區域中的每個區域的邊界進行計算方法，具有很強的實際操作價值。
文檔編號H04W16/14GK103139785SQ201310039838
公開日2013年6月5日 申請日期2013年1月31日 優先權日2013年1月31日
發明者馮志勇, 張平, 李乾, 張奇勳, 馬思思 申請人:北京郵電大學