一种频谱共享机制下实现频率资源共享的方法和系统与流程

本申请涉及无线通信技术领域，特别涉及一种频谱共享机制下实现频率资源共享的方法和系统。

背景技术：

随着业务的宽带化发展，对频谱资源的需求越来越大，频率资源紧缺。一方面需要拓展新的可用频率资源，一方面需要提高资源利用率。目前固定分配模式下的资源利用率并不高，因此，需要借助感知技术，通过资源共享的频率使用方式，来提高资源利用率。

在频谱共享机制下，站点将动态使用和释放资源，以站点为单位进行共享资源的申请。由于资源使用是动态变化的，将会对申请频点的站点其周边的站点造成影响，因此频谱共享机制下，站点可用资源的判决将需要基于干扰共存分析来实现，即通过评估站点所申请的资源是否会造成频率申请站点与其他站点的相互干扰，只有与其他站点间都没有相互干扰时，才能认为该资源可以作为申请站点的可用频点。

图1是现有技术一种频谱共享机制下的网络架构示意图。参见图1，其中：

共享频谱资源管理系统：包含数据库存储功能；负责站点信息的存储和维护，其中，站点信息包括：站点位置信息，站点接收机和发射机特性等信息；负责共享资源的管理和分配决策；负责规范共享资源的分配依据，根据站点资源需求，确定站点可用的共享资源，避免站点间的相互干扰，从而实现管理和协调多个系统(如图1所示的系统1、系统2和系统3)的站点间共享资源的使用，实现资源的公平、合理共享。

本地资源管理中心：位于动态频谱接入系统内部，负责频谱共享系统内部的资源管理和分配，并负责共享资源的申请。

图1所示系统1、2和3都是具备感知功能的无线系统，其各自内部的本地资源管理中心和共享频谱资源管理系统连接交互，完成共享资源的申请，并负责完成系统内部资源的管理。

在以上频谱共享机制网络架构下，本地资源管理中心与共享频谱资源管理系 统之间进行共享资源的申请，具体的频谱资源管理系统结构如图2所示。根据图2，各系统内的本地资源管理中心可以根据需求向共享频谱资源管理系统发送请求，申请动态资源；共享频谱资源管理系统向发送请求的本地资源管理中心分配可用动态资源。

在频谱共享机制下，共享频谱资源管理系统进行共享资源的分配和使用情况的维护。资源的分配不是静态的固定分配给某个系统，而是由共享频谱资源管理系统依据本地资源管理中心提交的站点对共享资源的需求，结合目前共享资源的使用情况，以及站点间的共存要求，来确定该站点的可用频率资源。

在频谱共享机制下，将基于干扰共存分析，确定分配的频点是否会造成申请站点与其他站点之间的相互干扰，以判定哪些共享资源可以作为该站点可用频点。

干扰共存分析就是基于各站点的位置、发射机性能指标和相关参数(包括：发射功率、邻道抑制、隔道抑制、带内无用发射、天线增益、馈线损耗、天线高度等)、接收机性能指标(包括：接收机灵敏度、解调门限、抗阻塞能力、接收天线增益、馈线损耗、天线高度等)等参数，通过计算确定站点间正常工作不受到干扰时，所需要的最小隔离要求。站点间的隔离将通过站点间的距离、站点间工作频率的间隔或者其他隔离手段实现，从而保证两系统正常工作。当距离隔离不能满足隔离要求时，将需要通过将站点间的工作频点间的频率隔离实现隔离要求。因此根据相邻站点的工作频率以及隔离要求，就能够确定出申请站点的可用频率。

进行候选频点选择时，将需要对多个候选频点进行共存分析。在频谱共享机制下，设备将动态的进行资源的使用和释放，而且频率资源的申请是以站点为单位，因此需要为不同站点动态的计算不同工作频率下，站点间的共存可行性，以确定申请站点可使用的共享频率资源。因此在进行系统设计时，需要考虑系统的处理能力要求，以及申请站点获得可用频率资源的时效性。

现有的技术方案中，当站点有频点需求时，通过本地资源管理中心确定出相应的可用频点信息。因此本地资源管理中心需要提前从共享频谱资源管理系统中获得各站点的位置、发射机性能指标和相关参数(包括：发射功率、邻道抑制、隔道抑制、带内无用发射、天线增益、馈线损耗、天线高度等)、接收机性能指标(包括：接收机灵敏度、解调门限、抗阻塞能力、接收天线增益、馈线损耗、天线高度等)等参数信息。

当有站点申请频率资源时，本地资源管理中心将基于申请站点的参数信息，以及与其相邻的其他站点的参数信息，基于干扰共存分析方法，确定出隔离要求， 并结合其他站点的工作频率，确定出申请站点可用的频率，再向共享频谱资源管理系统进行共享资源申请。

图3为现有站点认证过程示意图。图3所示过程包括：

第1步：本地资源管理中心向共享频谱资源管理系统发送系统(站点)认证请求消息。

第2步：共享频谱资源管理系统向本地资源管理中心反馈系统(站点)认证确认消息。

图4为现有共享资源申请过程示意图。图4所示过程包括：

第1步：本地资源管理中心向共享频谱资源管理系统发送共享频率使用信息请求。

第2步：共享频谱资源管理系统向本地资源管理中心发送共享频率使用信息。

第3步：本地资源管理中心进行共享分析，确定出申请站点可用的频率，然后向共享频谱资源管理系统申请共享资源。

第4步：共享频谱资源管理系统进行共享资源分配决策，并向本地资源管理中心发送共享资源分配消息或共享资源拒绝消息。

现有技术方案下，本地资源管理中心完成可用资源的选择，因此需要共享频谱资源管理系统将周边站点的大量信息提供给本地资源管理中心(通过图3所示认证过程的消息2或者图4所示共享资源申请过程的消息2)。如果站点信息发生变更，还需要将信息及时提供给本地资源管理中心。同时，在本地资源管理中心和共享频谱资源管理系统之间必须事先统一资源选择的依据，如规范干扰分析的算法和原则，从而保证多个频谱共享系统间的共存。

技术实现要素：

本申请提供了一种频谱共享机制下实现频率资源共享的方法和系统，简化可用频点选择的过程，提高频点选择效率，并减少系统内消息的传递。

本申请公开了一种频率共享机制下实现频率资源共享的方法，包括：

共享频谱资源管理系统在站点注册的过程中，确定各站点间的频率隔离要求，发送给本地资源管理中心；

当第一站点有频率资源申请需求时，本地资源管理中心从共享频谱资源管理系统获取各站点当前的资源使用信息，并结合所述各站点间的频率隔离要求，确定第一站点能够使用的频率资源，向共享频谱资源管理系统请求所述第一站点能够使用的频率资源；

共享频谱资源管理系统根据本地资源管理中心的请求进行共享资源分配决策。

较佳的，所述共享频谱资源管理系统在站点注册的过程中，确定各站点间的频率隔离要求包括：

本地资源管理中心向共享频谱资源管理系统发送认证请求消息，消息中携带待注册站点的信息，所述信息包括：待注册站点的地理位置、设备收发特性参数；

共享频谱资源管理系统对所述待注册站点与各个已注册站点进行干扰共存分析，确定所述待注册站点与各个已注册站点间的频率隔离要求，将所述待注册站点与各个已注册站点间的频率隔离要求发送给本地资源管理中心；

共享频谱资源管理系统存储各站点间的频率隔离要求。

较佳的，共享频谱资源管理系统存储的各站点间的频率隔离要求包含表1中的内容：

表1

其中，1……m为站点编号，m为大于或者等于1的整数；

n为大于或者等于1的整数。

较佳的，共享频谱资源管理系统发送给本地资源管理中心的所述待注册站点与各个已注册站点间的频率隔离要求包含表2中的内容：

表2

其中，m为所述待注册站点的编号，n和m均为大于或者等于1的整数。

较佳的，共享频谱资源管理系统发送给本地资源管理中心的各站点当前的资源使用信息包含表3中的内容：

表3

其中，1……m为站点编号，m为大于或者等于1的整数。

本申请还公开了一种频率共享机制下实现频率资源共享的系统，包括：共享频谱资源管理系统和本地资源管理中心，其中：

所述共享频谱资源管理系统，用于在站点注册的过程中，确定各站点间的频率隔离要求，发送给本地资源管理中心；

当第一站点有频率资源申请需求时，本地资源管理中心从共享频谱资源管理系统获取各站点当前的资源使用信息，并结合所述各站点间的频率隔离要求，确定第一站点能够使用的频率资源，向共享频谱资源管理系统请求所述第一站点能够使用的频率资源；

所述共享频谱资源管理系统收到本地资源管理中心的请求后，还用于根据本地资源管理中心的请求进行共享资源分配决策。

由上述技术方案可见，本申请提供的方案保留了现有方案中的频率选择过程机制，同时可以减少共享频谱资源管理系统和本地资源管理中心之间的交互信息，也避免了在本地资源管理中心和共享频谱资源管理系统之间需要统一规范干扰分析的算法和原则。同时通过在站点注册的过程中提前确定站点间的频率间隔要求信息，简化了频谱共享机制下，频率申请过程中可用频率资源的选择过程。

附图说明

图1是现有技术一种频谱共享机制下的网络架构示意图；

图2为现有频谱资源管理系统结构示意图；

图3为现有站点认证过程示意图；

图4为现有共享资源申请过程示意图；

图5为本申请的设备认证流程示意图；

图6为本申请共享资源申请流程示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施 例，对本申请作进一步详细说明。

为解决现有技术所存在的问题，本申请提出一种频率共享机制下实现频率资源共享的方法，该方法的主要思想是：共享频谱资源管理系统在站点注册的过程中，确定各站点间的频率隔离要求，发送给本地资源管理中心；当第一站点有频率资源申请需求时，本地资源管理中心从共享频谱资源管理系统获取各站点当前的资源使用信息，并结合所述各站点间的频率隔离要求，确定第一站点能够使用的频率资源，向共享频谱资源管理系统请求所述第一站点能够使用的频率资源；共享频谱资源管理系统根据本地资源管理中心的请求进行共享资源分配决策。

如前所述，在本申请中，在站点注册到网络时，共享频谱资源管理系统就根据注册站点以及其他站点的收发特性，基于干扰共存分析原理，确定出注册站点与其他站点间的隔离保护要求，并基于站点间的地理位置信息确定出需要的隔离距离，评估出该站点与其他站点间的频率隔离要求，然后，共享频谱资源管理系统将确定出来的站点间的频率隔离要求发送给本地资源管理中心，作为本地资源管理中心进行资源选择的依据，这样，不仅减少了共享频谱资源管理系统和本地资源管理中心之间的信息交互，同时通过在站点注册的过程中提前确定站点间的频率间隔要求信息，简化了频谱共享机制下，频率申请过程中可用频率资源的选择过程。此外，本申请由共享频谱资源管理系统进行干扰共存分析和共享资源分配决策，避免了在本地资源管理中心和共享频谱资源管理系统之间需要统一规范干扰分析的算法和原则。

本申请方案的基本过程包括两个部分：确定站点间频率隔离要求和可用频点的选择，下面分别予以说明：

1)确定站点间频率隔离要求

共享频谱资源管理系统根据各站点的收发特性，基于干扰共存分析原理，确定出站点间相互不影响时的最大隔离要求。当考虑通过距离和频率隔离满足站点间隔离要求时，应满足公式1：

站点间隔离要求≤站点间距离隔离+站点间频率隔离(公式1)

其中，站点间的距离隔离的大小会受到站点间距离d和站点的工作频率的影响；站点间频率隔离的大小受到站点间工作频率间隔的影响。

由于站点的位置是固定不变的，站点间的距离隔离可以通过路径损耗模型确定，虽然距离隔离的大小会受到工作频率影响，但是这个影响较小，可以忽略，因此，认为站点间的距离隔离只与站点间的距离有关。因此，公式1可以变化成 公式2：

站点间频率隔离≥站点间隔离要求-站点间距离隔离(公式2)

由公式2可以推断出要满足两个站点共存的隔离要求，对站点间工作频点间隔的要求，以保证足够的频率隔离实现站点间的共存。

将站点间的频率间隔信息存储在共享频谱资源管理系统中，或者下发给本地资源管理中心。

2)可用频点的选择

当站点进行共享频率资源申请时，由本地资源管理中心从共享频谱资源管理系统获取资源使用情况，结合站点间频率间隔要求，确定出可以申请的频点，并提交给共享频谱资源管理系统，由共享频谱资源管理系统确认和进行信息存储。

下面结合附图并举具体实施例对本申请技术方案的实现进行详细说明。本申请方案的具体实现分别在设备认证流程和共享资源申请流程中体现。具体如下：

假设站点a接入到网络后，由本地资源管理中心向共享频谱资源管理系统发送认证请求，共享频谱资源管理系统收到认证请求后，根据申请站点和周围其他站点的收发特性，基于共存分析基本原理，分析申请站点与周边其他站点间的频率隔离要求，从而确定出频率间隔要求。

(1)站点认证

共享频谱资源设备(即如前所述的站点)入网，通过本地资源管理中心向共享频谱资源管理系统完成认证。在认证请求消息中，本地资源管理中心向共享频谱资源管理系统提供本站点的相关信息，包括地理位置、设备收发特性等相关参数。共享频谱资源管理系统完成站点信息的存储，并基于站点间共存原理，分析确定出该站点与其他站点间的频率间隔要求。共享频谱资源管理系统将站点间频率间隔要求信息通过本地资源管理中心发送给站点。本申请的设备认证流程如图5所示，包括以下步骤：

步骤501：本地资源管理中心向共享频谱资源管理系统发送系统(站点)认证请求。

步骤502：共享频谱资源管理系统对系统(站点)进行鉴权认证，并反馈认证结果。

步骤503：共享频谱资源管理系统进行共存分析，确定各站点间的频率隔离要求。

共享频谱资源管理系统可以对通过认证的站点进行编号并存储其基本信息。

假设系统中已有m-1个站点，站点编号取值分别为1～m-1，当站点a完成认证后，其编号为m。共享频谱资源管理系统存储所有m个站点的信息，包括地理位置、发射机性能指标和相关参数(包括：发射功率、邻道抑制、隔道抑制、带内无用发射、天线增益、馈线损耗、天线高度等)、接收机性能指标(包括：接收机灵敏度、解调门限、抗阻塞能力、接收天线增益、馈线损耗、天线高度等)，终端的发射机和接收机性能。

本步骤中，共享频谱资源管理系统对站点a与其他m-1个站点进行共存分析，并推算出站点间需要的频率间隔要求，并将站点a与其他站点间的频率间隔要求信息进行存储。较佳的，存储的信息内容可以如表1所示，假设总的频点个数为(n+2)个：

表1

共享频谱资源管理系统按照站点编号进行信息存储，存储的信息中可以包含与该站点能够同频、邻频工作的站点的编号、与该站点能够隔离1个工作频点的站点的编号或者隔离n个工作频点的站点编号，同时还需要动态的记录该站点当前使用的频点。

步骤504：共享频谱资源管理系统将站点a与其他站点间的频率间隔要求信息发送给站点a。较佳的，可以将相关内容按照表2的形式发送给站点a。

表2

(2)共享资源申请及选择

当站点有频率资源申请需求时，将通过本地资源管理中心从共享频谱资源管 理系统获取各站点当前资源使用情况，并依据之前获得的与其他站点的频率间隔要求，确定可用资源，再由本地资源管理中心向共享频谱资源管理系统提出频率资源申请，由共享频谱资源管理系统最终确定资源的分配。具体流程如图6所示，包括以下步骤：

步骤601：当站点有频率资源申请需求时，通过本地资源管理中心向共享频谱资源管理系统发送共享频率使用信息请求，请求获取各站点当前资源使用信息。

步骤602：共享频谱资源管理系统将资源使用情况反馈给本地资源管理中心，即：共享频谱资源管理系统向本地资源管理中心发送共享频率使用信息，具体信息可以如表3所示：

表3

步骤603：本地资源管理中心结合表3中各站点资源使用信息，并依据之前获得的与各站点间的频率间隔要求信息(见表2)，进行可用频点选择，确定出本站点可以使用的频率资源。

步骤604：本地资源管理中心向共享频谱资源管理系统发送共享资源申请消息。

步骤605：考虑到当有多个站点申请相同频谱资源时，需要进行站点间资源的合理调配(例如考虑不同用户的站点支持的业务qos特性，时延、业务持续时长和数据率，以及用户累计占用共享资源的时长，当前频谱资源空闲状态等)，因此，本步骤由共享频谱资源管理系统完成共享资源的分配确认。

步骤606：共享频谱资源管理系统通过发送共享资源的分配信息给本地资源管理中心，完成资源的分配或拒绝。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。