專利名稱：基于動態(tài)時隙劃分的頻譜檢測系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于動態(tài)時隙劃分的頻譜檢測系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，人們對于頻譜資源的需求愈來愈大，“頻譜枯竭”現(xiàn)象日趨明顯。為緩解頻譜資源缺乏與日益增長的無線業(yè)務(wù)需求之間的矛盾，認知無線電(Cognitive Radio, CR)技術(shù)作為一種智能頻譜共享技術(shù)得到了廣泛的重視。電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)的有關(guān)工作組(如802. 22、802. 16)和國際電信聯(lián)盟(ITU)已先后制定或正在積極制定一系列標(biāo)準(zhǔn)以推動該技術(shù)在各種應(yīng)用場景下的發(fā)展。在目前的認知無線通信系統(tǒng)中，為了提升非授權(quán)用戶動態(tài)接入“頻譜空穴”的機會和認知無線通信系統(tǒng)的整體效益，認知無線通信系統(tǒng)需要在很寬的頻帶范圍內(nèi)進行頻譜檢測以尋找“頻譜空穴”(寬帶檢測)。但是目前由于制造工藝受限，認知設(shè)備需要的射頻前端模/數(shù)(Α/D)采樣器的采樣速率沒辦法滿足寬帶檢測的需求。現(xiàn)今一種可行的方法是將需要檢測的寬頻帶分為多個適合檢測設(shè)備工作的窄頻帶，多個認知設(shè)備按一定規(guī)則檢測多個窄頻帶以實現(xiàn)寬帶檢測的目的(聯(lián)合檢測)。在認知無線通信系統(tǒng)中，幀結(jié)構(gòu)通常分為兩部分檢測時隙和傳輸時隙，其中檢測時隙用以進行頻譜檢測，而傳輸時隙用以進行非授權(quán)用戶通信。目前很少有專利是關(guān)于檢測時隙劃分，大多數(shù)專利都是優(yōu)化檢測時隙長度(檢測時間)，僅有一篇與本文相似。申請?zhí)枮?01010210675. O的中國專利《一種認知無線電網(wǎng)絡(luò)中的頻譜檢測方法》公開了一種認知無線電網(wǎng)絡(luò)中的頻譜檢測方法，將頻譜檢測時段分為多個時隙，將每個時隙中授權(quán)用戶的出現(xiàn)或離開的隨機過程看作維納過程，多個時隙的似然比函數(shù)之和看成維納過程中的隨機游走，當(dāng)該隨機游走達到一定門限值時，判決此時或者之前的某一個較鄰近的時刻在該頻譜的使用上發(fā)生了變化，或者之前沒有主用戶信號，此時出現(xiàn)了信號，或者之前存在主用戶，此時主用戶退出，信號消失，通過對其性能的分析，可以證明該算法中的判斷時延是很小的，可以達到快速感知、檢測的要求。該方法涉及檢測時隙劃分，但是其保證系統(tǒng)的性能最大化，且實用性較差。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠保證系統(tǒng)的性能最大化，且實用性強的基于動態(tài)時隙劃分的頻譜檢測系統(tǒng)及方法。( 二 )技術(shù)方案為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于動態(tài)時隙劃分的頻譜檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括認知基站，用于根據(jù)變更檢測時隙劃分的需求動態(tài)地制定檢測時隙劃分策略，并將所述檢測時隙劃分策略發(fā)送至認知終端；認知終端，用于根據(jù)所述檢測時隙劃分策略，在檢測時隙進行頻譜檢測，并將感知數(shù)據(jù)上傳給所述認知基站。優(yōu)選地，所述認知基站進一步包括頻譜感知接口，用于作為所述認知基站和認知終端之間進行通信的通道。數(shù)據(jù)融合模塊，用于對所述感知數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合，判定所檢測的頻帶上是否有頻譜空穴存在，并將感知數(shù)據(jù)和判定結(jié)果發(fā)送給管理模塊和感知數(shù)據(jù)庫；管理模塊，用于根據(jù)所述感知數(shù)據(jù)和判定結(jié)果制定接入網(wǎng)絡(luò)使用信息以及啟動檢測時隙劃分模塊，并將所述感知數(shù)據(jù)發(fā)送至所述檢測時隙劃分模塊；檢測時隙劃分模塊，根據(jù)所述感知數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)性能要求，劃分檢測時隙，并將制定的檢測時隙劃分策略發(fā)送至管理模塊以及感知數(shù)據(jù)庫；感知數(shù)據(jù)庫，用于儲存所述感知數(shù)據(jù)、判定結(jié)果、接入網(wǎng)絡(luò)使用信息以及檢測時隙劃分策略。本發(fā)明還提供了一種基于動態(tài)時隙劃分的頻譜檢測方法，該方法包括步驟制定檢測時隙劃分策略的步驟感知中心在判斷有變更檢測時隙劃分的需求時，根據(jù)系統(tǒng)性能要求制定檢測時隙劃分策略，并將所述檢測時隙劃分策略發(fā)送至認知終端；以及認知終端根據(jù)所述檢測時隙劃分策略，在檢測時隙進行頻譜檢測，并將感知數(shù)據(jù)上傳給所述認知基站。優(yōu)選地，所述變更檢測時隙劃分的需求包括系統(tǒng)參數(shù)改變或無線環(huán)境變化超過系統(tǒng)設(shè)定門限。優(yōu)選地，制定檢測時隙劃分策略的步驟進一步包括Al.管理模塊根據(jù)所述感知數(shù)據(jù)判斷有變更檢測時隙劃分的需求時，將感知數(shù)據(jù)傳遞到檢測時隙劃分模塊，啟動檢測時隙劃分模塊；A2.檢測時隙劃分模塊根據(jù)管理模塊發(fā)送的感知數(shù)據(jù)查找檢測時隙最優(yōu)劃分值，制定檢測時隙劃分策略并將其發(fā)送至管理模塊和感知數(shù)據(jù)庫。優(yōu)選地，在步驟A2中，查找檢測時隙最優(yōu)劃分值的步驟進一步包括BI.檢測時隙劃分模塊判斷若B (K+1) > B (K)，則執(zhí)行步驟B2，若B (K+1)< B(K)，則執(zhí)行步驟B3，其中，K為當(dāng)前檢測時隙劃分值；B(N)為系統(tǒng)的收益，且B(N)=a T (N)-(1-α) N，N為檢測時隙被均分的子檢測時隙的個數(shù)，且NS 0，T(N)為系統(tǒng)的吞吐量，α為系統(tǒng)參數(shù)； Β2.設(shè)置檢測時隙劃分值N = Ν-1，并判斷，若B(N) > B(Ν+1)，則最優(yōu)化分值N。=Ν+1，結(jié)束查找，否則，重新執(zhí)行本步驟，設(shè)置下一檢測時隙劃分值；Β3.設(shè)置檢測時隙劃分值N = Ν+1，并判斷，若B (N) > B (Ν+1)，則最優(yōu)化分值N。=Ν-1，結(jié)束查找，否則，重新執(zhí)行本步驟，設(shè)置下一檢測時隙劃分值。(三)有益效果本發(fā)明的系統(tǒng)及方法根據(jù)需系統(tǒng)參數(shù)改變或是無線環(huán)境的變化動態(tài)的改變檢測時隙的劃分，能夠保證系統(tǒng)的性能最大化，且實用性強。


圖I為依照本發(fā)明一種實施方式的基于動態(tài)時隙劃分的頻譜檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為依照本發(fā)明一種實施方式的基于動態(tài)時隙劃分的頻譜檢測方法流程圖；圖3為依照本發(fā)明一種實施方式的基于動態(tài)時隙劃分的頻譜檢測方法時序圖4為依照本發(fā)明一種實施方式的基于動態(tài)時隙劃分的頻譜檢測方法中查找最優(yōu)化分值的流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出的基于動態(tài)時隙劃分的頻譜檢測系統(tǒng)及方法，結(jié)合附圖及實施例詳細說明如下。如圖I所示，依照本發(fā)明一種實施方式的基于動態(tài)時隙劃分的頻譜檢測系統(tǒng)包括認知終端以及認知基站。其中 認知終端具備頻譜檢測和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ芨鶕?jù)認知基站制定的檢測時隙劃分策略，在檢測時隙進行頻譜檢測，并將檢測到的感知數(shù)據(jù)上傳給認知基站用作數(shù)據(jù)分析和判定等；在傳輸時隙，認知終端在認知基站發(fā)送的接入網(wǎng)絡(luò)使用信息的指導(dǎo)進行數(shù)據(jù)傳輸。認知基站控制整個系統(tǒng)的工作在判斷具有變更檢測時隙劃分的需求時，重新制定檢測時隙劃分策略，并指導(dǎo)認知終端在檢測時隙進行頻譜檢測；接收認知終端上傳的感知數(shù)據(jù)，對感知數(shù)據(jù)進行融合分析，判定寬帶上是否有“頻譜空穴”，以及在有“頻譜空穴”時指導(dǎo)認知終端在傳輸時隙進行次級接入通信。該認知基站進一步包括頻譜感知接口、數(shù)據(jù)融合模塊、管理模塊、檢測時隙劃分模塊以及感知數(shù)據(jù)庫。其中頻譜感知接口連接于各認知終端與認知基站之間，是認知基站和認知終端之間進行通信的通道。數(shù)據(jù)融合模塊用于對認知終端上傳的感知數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合，判定所檢測的寬頻帶上是否有“頻譜空穴”存在，并將感知數(shù)據(jù)和判定結(jié)果傳遞給管理模塊和感知數(shù)據(jù)庫。管理模塊接收數(shù)據(jù)融合模塊傳遞的判定結(jié)果和感知數(shù)據(jù)，分析認知終端能否使用以及如何使用次級接入網(wǎng)絡(luò)，并將分析得到的接入網(wǎng)絡(luò)使用信息傳遞給感知數(shù)據(jù)庫及各認知終端。除此之外，管理模塊根據(jù)感知數(shù)據(jù)判斷是否有變更檢測時隙劃分的需求(例如系統(tǒng)參數(shù)改變或無線環(huán)境變化超過系統(tǒng)設(shè)定門限)，若有，則管理模塊啟動檢測時隙劃分模塊。檢測時隙劃分模塊的任務(wù)是根據(jù)管理模塊發(fā)送的感知數(shù)據(jù)，劃分檢測時隙，以使系統(tǒng)性能達到最大化，并將制定的檢測時隙劃分策略發(fā)送至管理模塊以及感知數(shù)據(jù)庫。感知數(shù)據(jù)庫用于儲存系統(tǒng)和感知相關(guān)的信息，包括數(shù)據(jù)融合模塊傳遞的感知數(shù)據(jù)和判定結(jié)果，管理模塊傳遞的接入網(wǎng)絡(luò)使用信息，檢測時隙劃分模塊傳遞的檢測時隙劃分策略。如圖2所示，依照本發(fā)明一種實施方式的基于動態(tài)時隙劃分頻譜檢測系統(tǒng)及方法包括步驟SI.管理模塊向各認知終端發(fā)送當(dāng)前的檢測時隙劃分策略；S2.認知終端根據(jù)當(dāng)前的檢測時隙劃分策略對頻譜進行檢測，并將感知數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)融合模塊。S3.數(shù)據(jù)融合模塊對感知數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合，判定所檢測的寬頻帶上是否有“頻譜空穴”存在，并將感知數(shù)據(jù)和判定結(jié)果傳遞給管理模塊和感知數(shù)據(jù)庫。S4.管理模塊根據(jù)感知數(shù)據(jù)判斷是否有變更檢測時隙劃分的需求，若有，則將感知數(shù)據(jù)傳遞到檢測時隙劃分模塊，并執(zhí)行步驟S5，否則，分析認知終端能否使用以及如何使用次級接入網(wǎng)絡(luò)，并將分析得到的接入網(wǎng)絡(luò)使用信息傳遞給感知數(shù)據(jù)庫及各認知終端。S5.啟動檢測時隙劃分模塊，檢測時隙劃分模塊根據(jù)管理模塊發(fā)送的感知數(shù)據(jù)判定當(dāng)前檢測時隙的劃分值是否是最優(yōu)劃分值，若是，則執(zhí)行步驟S6，否則，執(zhí)行步驟S7。S6.檢測時隙劃分模塊將當(dāng)前的檢測時隙劃分策略發(fā)送到管理模塊和感知數(shù)據(jù)庫后休眠，方法繼續(xù)執(zhí)行步驟Si ；S7.檢測時隙劃分模塊根據(jù)管理模塊發(fā)送的感知數(shù)據(jù)查找檢測時隙最優(yōu)劃分值，制定新的檢測時隙劃分策略并將其發(fā)送至管理模塊和感知數(shù)據(jù)庫后休眠，方法繼續(xù)執(zhí)行步驟SI。 整個時序圖如圖3所示。其中，檢測時隙劃分模塊在制定檢測時隙策略時，將檢測時隙均分為N(N >0)個子檢測時隙，讓每個認知終端在每個子檢測時隙獨立檢測單個信道。定義系統(tǒng)的吞吐量T(N), T(N)將會隨著N的增加而增加，但是T(N)的增加會有上限，同時，隨著N的增加，檢測時隙劃分越來越多，系統(tǒng)會變得越來越復(fù)雜。為了平衡系統(tǒng)的吞吐量和復(fù)雜度，定義系統(tǒng)的收益B(N) = αΤ(Ν)-(1_α)Να為系統(tǒng)參數(shù)，α越大表示系統(tǒng)傾向于增加吞吐量，α越小表示系統(tǒng)傾向于減小系統(tǒng)復(fù)雜度。由數(shù)學(xué)推理可知B(N)為凸函數(shù)，一定有一個特定值Ntl，使得B(Ntl)為最大值。因此，在步驟S7中，檢測時隙劃分模塊查找該特定值Ntl即為最優(yōu)劃分值。如圖4所示，在步驟S7中，查找最優(yōu)化分值進一步包括S7. I檢測時隙劃分模塊繼承原有的檢測時隙劃分值K，將N = Κ+1應(yīng)用于系統(tǒng)，并判斷，若B (Κ+1) > B (K)，表明N。彡K，則執(zhí)行步驟S7. 2，若B (Κ+1) < B (K)，表明O彡N。彡K，則執(zhí)行步驟S7. 3 ；S7. 2設(shè)置檢測時隙劃分值N = Ν-1，將其應(yīng)用于系統(tǒng)，并判斷，若B (N) > B (Ν+1)，則Ntl = Ν+1，結(jié)束查找，否則，重新執(zhí)行本步驟，設(shè)置下一檢測時隙劃分值；S7. 3設(shè)置檢測時隙劃分值N = Ν+1，將其應(yīng)用于系統(tǒng)，并判斷，若B (N) > B (Ν+1)，則Ntl = Ν-1，結(jié)束查找，否則，重新執(zhí)行本步驟，設(shè)置下一檢測時隙劃分值。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種基于動態(tài)時隙劃分的頻譜檢測系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括 認知基站，用于根據(jù)變更檢測時隙劃分的需求動態(tài)地制定檢測時隙劃分策略，并將所述檢測時隙劃分策略發(fā)送至認知終端； 認知終端，用于根據(jù)所述檢測時隙劃分策略，在檢測時隙進行頻譜檢測，并將感知數(shù)據(jù)上傳給所述認知基站。
2.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述認知基站進一步包括 頻譜感知接口，用于作為所述認知基站和認知終端之間進行通信的通道。
數(shù)據(jù)融合模塊，用于對所述感知數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合，判定所檢測的頻帶上是否有頻譜空穴存在，并將感知數(shù)據(jù)和判定結(jié)果發(fā)送給管理模塊和感知數(shù)據(jù)庫； 管理模塊，用于根據(jù)所述感知數(shù)據(jù)和判定結(jié)果制定接入網(wǎng)絡(luò)使用信息以及啟動檢測時隙劃分模塊，并將所述感知數(shù)據(jù)發(fā)送至所述檢測時隙劃分模塊； 檢測時隙劃分模塊，根據(jù)所述感知數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)性能要求，劃分檢測時隙，并將制定的檢測時隙劃分策略發(fā)送至管理模塊以及感知數(shù)據(jù)庫； 感知數(shù)據(jù)庫，用于儲存所述感知數(shù)據(jù)、判定結(jié)果、接入網(wǎng)絡(luò)使用信息以及檢測時隙劃分策略。
3.一種基于動態(tài)時隙劃分的頻譜檢測方法，其特征在于，該方法包括步驟 制定檢測時隙劃分策略的步驟感知中心在判斷有變更檢測時隙劃分的需求時，根據(jù)系統(tǒng)性能要求制定檢測時隙劃分策略，并將所述檢測時隙劃分策略發(fā)送至認知終端；以及認知終端根據(jù)所述檢測時隙劃分策略，在檢測時隙進行頻譜檢測，并將感知數(shù)據(jù)上傳給所述認知基站。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述變更檢測時隙劃分的需求包括系統(tǒng)參數(shù)改變或無線環(huán)境變化超過系統(tǒng)設(shè)定門限。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，制定檢測時隙劃分策略的步驟進一步包括 Al.管理模塊根據(jù)所述感知數(shù)據(jù)判斷有變更檢測時隙劃分的需求時，將感知數(shù)據(jù)傳遞到檢測時隙劃分模塊，啟動檢測時隙劃分模塊； A2.檢測時隙劃分模塊根據(jù)管理模塊發(fā)送的感知數(shù)據(jù)查找檢測時隙最優(yōu)劃分值，制定檢測時隙劃分策略，并將其發(fā)送至管理模塊和感知數(shù)據(jù)庫。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在步驟A2中，查找檢測時隙最優(yōu)劃分值的步驟進一步包括 BI.檢測時隙劃分模塊判斷若B (K+l) > B (K)，則執(zhí)行步驟B2，若B (K+l) < B (K)，則執(zhí)行步驟B3，其中，K為當(dāng)前檢測時隙劃分值；B(N)為系統(tǒng)的收益，且B(N) = aT(N)-(l-a)N，N為檢測時隙被均分的子檢測時隙的個數(shù)，且NS O，T (N)為系統(tǒng)的吞吐量，a為系統(tǒng)參數(shù)； B2.設(shè)置檢測時隙劃分值N = N-I,并判斷，若B (N) >B(N+1)，則最優(yōu)化分值N。= N+1，結(jié)束查找，否則，重新執(zhí)行本步驟，設(shè)置下一檢測時隙劃分值； B3.設(shè)置檢測時隙劃分值N = N+1，并判斷，若B (N) > B (N+1)，則最優(yōu)化分值Ntl = N-I,結(jié)束查找，否則，重新執(zhí)行本步驟，設(shè)置下一檢測時隙劃分值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于動態(tài)時隙劃分的頻譜檢測系統(tǒng)及方法，涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括認知基站，用于根據(jù)變更檢測時隙劃分的需求動態(tài)地制定檢測時隙劃分策略，并將所述檢測時隙劃分策略發(fā)送至認知終端；認知終端，用于根據(jù)所述檢測時隙劃分策略，在檢測時隙進行頻譜檢測，并將感知數(shù)據(jù)上傳給所述認知基站。本發(fā)明的系統(tǒng)及方法根據(jù)需系統(tǒng)參數(shù)改變或無線環(huán)境的變化，動態(tài)地改變檢測時隙的劃分，能夠保證系統(tǒng)的性能最大化，且實用性強。
文檔編號H04W24/08GK102638841SQ20121009132
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者馮志勇, 劉尚, 張平, 彭立軍, 李曉帆, 王穎 申請人:北京郵電大學(xué)