专利名称：认知无线电信道划分方法
技术领域：
本发明属于无线通信技术领域，涉及认知无线电(Cognitive Radio)中的信道划分方法，更具体地说，涉及一种结合时域与频域的信道划分方法。
背景技术：
认知无线电技术是一种新兴的无线通信技术，其发展的目的是为了更加有效地利用稀缺的无线电频谱资源，其在软件无线电技术基础之上，引入了“智能”。在认知无线电中，认知无线电用户，又称次要用户(kcondary User，简称SU)，在非认知无线电用户，又称主要用户(Primary User，简称PU)，不使用无线电频段时，暂时借用主要用户的无线电频段进行通信。一般地，在认知无线电中，次要用户不拥有专属的无线电频段资源。认知无线电次要用户的存在，会提高无线电频谱的总体利用率。在当前的认知无线电研究领域，许多研究者认为次要用户之间的关系是相互争夺空闲频段，先占者先用，甚至提出次要用户使用某些策略，比如博弈论方法，与其他次要用户争夺空闲频段。然而，基于无规划的、自私的、不合作的竞争在众多次要用户的情况下会降低无线电频谱的总的使用效率。如果有一种既竞争又合作的次要用户无线电频谱分配方式，提高无线电频谱的总体使用效率，这将是一种优势。从认知无线电系统设计的角度看，次要用户不拥有专属的无线电频段资源，这使得认知无线电系统设计变得更加困难。困难之一是控制信道和业务信道的设计。在无线通信系统中，数据传输一般使用业务信道，而业务信道所需的参数和信令等信息往往通过控制信道获得。在现有的无线通信系统中，控制信道有固定的频点，其用户可以在某些固定频点获得系统信息和参数。然而，对于认知无线电系统，没有固定分配的频点供其控制信道使用。没有控制信道，认知无线电次要用户之间就无法进行协调，系统层次上的规划就难以实现。有的研究者在学术论文中提出次要用户的控制信道使用扩频通信方式，这样，在理论上次要用户可与主要用户使用同一频段同时分别通信。另一方面，当前认知无线电领域的许多研究者赞成认知无线电使用 OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)方式通信，认为OFDM很自然地适合认知无线电系统。如果对控制信道使用扩频通信方式，同时在数据传输时使用OFDM方式，这无疑会增加认知无线电系统实现的复杂度和成本。目前尚无一种既适用于认知无线电系统，又不过于增加系统实现复杂度与成本的控制信道和业务信道实现方案。如果有一种无需固定分配频段，就可实现认知无线电系统的控制信道和业务信道，并且不过于增加系统复杂度与成本的方法，将是一种优势。
发明内容
根据本发明的一个实施例，认知无线电控制信道和业务信道的划分方法，该方法结合时域和频域划分控制信道和业务信道，其要点包括
1.从频域上划分，可用的无线电频谱划分成至少一个相连的等宽的频段；每个频段由至少一个相连的等宽的子频段组成；2.从时域上划分，时间轴划分成至少一个等长的时段；每个时段由两个相连的子时段组成；每两个相邻的时段之间的相隔相等，这个间隔即是频谱检测时段；3.每个频段的时段的起始时刻固定，不同频段的时段的起始时刻既可相同又可不同；4.在每个频段内，至少有一个子频段既可用于控制信道又可用于业务信道，并且这些子频段在频段内的位置固定；该频段内其余子频段可用于业务信道；5.在频谱检测时段期间，频段内所有子频段既不用于控制信道，又不用于业务信道；6.在一个时段的第一个子时段期间，在每个频段内最多有一个子频段用于控制信道，这个子频段是上述既可用于控制信道又可用于业务信道的子频段中的一个，其它子频段可用于业务信道或者闲置；在上述时段的第二个子时段期间，上述用于控制信道的子频段可继续用于控制信道、或者用于业务信道、或者闲置，其它子频段的使用状况在第二个子时段期间保持不变。本发明的信道划分方法，可用于既竞争又合作的认知无线电次要用户频谱资源分配，有利于提高无线电频谱的总体使用效率。另一方面，本发明提出的方法，无需固定分配的频段，就可实现认知无线电系统的控制信道和业务信道，并且不过于增加系统的复杂度与成本。
通过参考附图，可以更全面地理解本发明，其中附图1是根据本发明实施例的认知无线电系统的控制信道和业务信道的划分方法的图示；附图2是根据本发明实施例的认知无线电次要用户与主要用户共享频谱时，频谱总体使用状况的一个图示；附图3是根据本发明实施例的认知无线电次要用户使用频谱时，频谱总体使用状况的一个图示。
具体实施例方式现在参照附图1，其中示出根据本发明实施例的认知无线电系统的控制信道和业务信道的划分方法的图示100。本发明的划分方法，同时考虑了时域和频域。从频域上划分，可用的无线电频谱划分成N个相连的等宽的频段，分别记作频段1(102)、频段 2(104)、……、频段N(106)。每个频段由至M个相连的等宽的子频段组成，分别记作子频段 1(108)、子频段2 (110)、……、子频段m(112)、……、子频段M(114)。从时域上划分，时间轴划分成若干个等长的时段，例如时段1 (116)、时段2 (118)、时段3 (120)。每个时段由两个相连的子时段组成，例如第一个子时段IM和第二个子时段126。1 示出了当子频段的使用状况在两个子时段内相同的情况。每两个相邻的时段之间的相隔相等，这个间隔即是频谱检测时段122。
每个频段的时段的起始时刻固定，不同频段的时段的起始时刻既可相同又可不同。附图1示出了不同频段的时段的起始时刻相同的情况。在每个频段内，有一个或多个子频段既可用于控制信道又可用于业务信道，并且这些子频段在频段内的位置固定。例如附图1中的频段1(106)的子频段1(108)和子频段 m(112)都既可用于控制信道又可用于业务信道。其它频段的子频段1和子频段m也既可用于控制信道又可用于业务信道。每个频段中的其余子频段可用于业务信道或者闲置，而不用于控制信道。例如附图1中的频段1(106)的子频段2(110)和子频段M (114)。在频谱检测时段期间，频段内所有子频段既不用于控制信道，又不用于业务信道。 认知无线电次要用户在频谱检测时段期间不使用频段中的任何子频段。在每个时段的第一个子时段期间，在每个频段内最多有一个子频段用于控制信道，这个子频段是上述既可用于控制信道又可用于业务信道的子频段中的一个；其它子频段可用于业务信道或者闲置。例如附图1中的频段1(106)，在时段2(118)期间，只有子频段m(112)用于控制信道，其它子频段或用于业务信道，或闲置。在每个时段的第二个子时段期间，上述用于控制信道的子频段可继续用于控制信道、或者用于业务信道、或者闲置；其它子频段的使用状况在第二个子时段期间保持不变。 例如附图1中的频段1(106)，在时段1(116)的第二个子时段期间，子频段1(108)既可用于控制信道，又可用于业务信道或者闲置，而其它子频段的使用状况保持不变。通过上述实施例(结合附图1所说明的)，给出本发明中的无线电信道划分方法的性能评估结果。在性能评估中，5个认知无线电次要用户与主要用户共享一个40MHz带宽的频谱。这里，每个频段的宽度是10MHz，每个子频段的宽度是1MHz，每个时段的长度是 0. 5秒。性能评估分成两种情况一种是次要用户与主要用户共享频谱的情况，一种是次要用户独享频谱的情况。现在参照附图2，其中包含三种主要用户，每种主要用户占用的信道带宽和占空时间各不相同。从附图2可以看出，本发明的方法，可以使认知无线电次要用户有效地与主要用户共享频谱资源，从而提高了无线电频谱的总体利用率。现在参照附图3， 其中示出没有主要用户时，认知无线电次要用户的频谱使用状况。从附图3可以看出，使用本发明的方法，次要用户可以利用几乎全部的频谱资源进行有效通信。实验结果表明，在没有主要用户的情况下，使用本发明的方法，次要用户的业务信道使用的时频资源可占全部时频资源的99%以上。虽然本发明的方法的优选实施例已经在附图中示出并在前述详细说明中进行了描述，应当理解本发明不限定为公开的实施例，在不脱离所附权利要求所描述的定义和本发明范围的情况下，能够有各种重新设置、修改和替换。
权利要求
1.认知无线电信道划分方法，该方法结合时域和频域划分控制信道和业务信道，其要点包括从频域上划分，可用的无线电频谱划分成至少一个相连的等宽的频段；每个频段由至少一个相连的等宽的子频段组成；从时域上划分，时间轴划分成至少一个等长的时段；每个时段由两个相连的子时段组成；每两个相邻的时段之间的相隔相等，这个间隔即是频谱检测时段；每个频段的时段的起始时刻固定；在每个频段内，至少有一个子频段既可用于控制信道又可用于业务信道，并且这些子频段在频段内的位置固定；该频段内其余子频段可用于业务信道；在频谱检测时段期间，频段内所有子频段既不用于控制信道，又不用于业务信道；在一个时段的第一个子时段期间，在每个频段内最多有一个子频段用于控制信道，这个子频段是上述既可用于控制信道又可用于业务信道的子频段中的一个，其它子频段可用于业务信道；在上述时段的第二个子时段期间，上述用于控制信道的子频段可继续用于控制信道，其它子频段的使用状况在第二个子时段期间保持不变。
2.如权利要求1所述的方法，其中不同频段的时段的起始时刻相同。
3.如权利要求1所述的方法，其中不同频段的时段的起始时刻不同。
4.如权利要求1所述的方法，其中在一个时段的第一个子时段期间，其它子频段闲置。
5.如权利要求1所述的方法，其中在一个时段的第二个子时段期间，在该时段的第一个子时段期间用于控制信道的子频段用于业务信道。
6.如权利要求1所述的方法，其中在一个时段的第二个子时段期间，在该时段的第一个子时段期间用于控制信道的子频段闲置。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述的方法由集成电路装置完成。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述的方法由现场可编程门阵列(FPGA)完成。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述的方法由固件(Firmware)完成。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述的方法由软件完成。
全文摘要
认知无线电信道划分方法，本发明属于无线通信技术领域，涉及一种结合时域与频域的信道划分方法。根据本发明的一个实施例，认知无线电控制信道和业务信道的划分方法，该方法包括从频域上，可用的无线电频谱划分成至少一个相连的等宽的频段，每个频段由至少一个相连的等宽的子频段组成；从时域上，时间轴划分成至少一个等长的时段，每个时段由两个相连的子时段组成；每两个相邻时段之间的相隔相等，这个间隔用于频谱检测；每个频段的时段的起始时刻固定；在每个频段内，至少有一个位置固定的子频段可用于控制信道；在每个时段期间，在每个频段内最多有一个上述可用于控制信道的子频段用于控制信道。
文档编号H04W16/14GK102404744SQ20101027780
公开日2012年4月4日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者陈喆 申请人:陈喆