技术领域本发明涉及一种用于协调和分配频谱资源的认知无线电频谱共享系统，以及该认知无线电频谱共享系统中采用的频谱共享方法。
背景技术：
230MHz频段包括223.025～235.000共12MHz带宽。目前以25kHz为一个频点并进行分配，共480个频点，其中近100个频点已经由国家无线电管理局分配给了能源、军队、气象、地震、水利、地矿、轻工与建设共8个部委使用。其余380个频点，由地方无线电管理局根据行业需求进行分配。230MHz频段主要采用窄带数传电台系统进行行业无线数据的采集与传输。随着行业信息化的深入发展，行业无线专网的宽带化需求日益增强，使得230MHz频段的频谱资源日益紧张。在对230MHz频段进行共享规划时，既要满足行业应用的宽带化需求，同时还需要考虑对在用窄带系统的兼容，以实现平滑过渡。230MHz频段的频谱共享规划可采用如下方案：(1)230MHz频段的频点带宽保持原有的25kHz为一个频点的划分方法，以保障在用窄带数传电台系统的正常工作。认知系统可通过载波聚合等方式聚合成宽带频谱资源使用；(2)将230MHz频段划分成N个共享资源组，如图1所示。认知系统将以共享资源组为单位申请一个或多个共享频谱资源使用，使用过程中需要规避共享资源组中的在用频点。同时，为了保证多个行业系统同时在230MHz频段共享使用频谱资源，可以对每个认知系统最多申请和聚合共享资源组数量加以限定。而认知无线电频谱共享方案中，认知系统可以感知、学习、自适应周围无线频谱环境的变化，通过与周围无线频谱环境的相互作用，认知系统结合频谱感知、频谱管理、频谱移动性和频谱共享四个功能动态接入最适宜的空闲频谱，实现有效通信。目前频谱共享方案主要包括两种，一种是基于授权频谱接入的频谱共享方案，此方案中认知无线电系统分为主用户和次用户，主用户为某频段的授权用户，当此频段空闲时，次用户可以在不影响主用户的情况下接入此授权频谱；另一种是基于公平竞争的频谱共享方案，此方案中认知无线电系统不区分主次，而是通过公平竞争来共享频谱资源。对于230MHz频段来说，由于此频段被多个行业系统共用，因此适合采用认知无线电系统公平竞争共享频谱的方案。而目前230MHz频段采用的以授权方式进行频谱管理和分配的方法，使得230MHz频段的频谱利用率较低。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种能够提高频谱资源使用效率的认知无线电频谱共享系统。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种认知无线电频谱共享系统，用于协调和分配频谱资源，所述认知无线电频谱共享系统包括感知频谱所包含的可用的共享资源组并将上报各所述可用的共享资源组的信息的认知系统、根据所述认知系统提供的所述可用的共享资源组的信息来结合自身决策策略进行频谱协调和分配的认知数据库。所述认知系统包括用于计算各个所述共享资源组的可用值并据此判断出可用的共享资源组后上报的认知节点、根据各所述认知节点上报的各个可用的所述共享资源组的可用值计算出各个所述共享资源组的平均可用值并依据各个所述共享资源组的平均可用值和设定的共享资源组可用阈值划分各所述共享资源组的使用优先级以进行频谱协调和分配的本地资源管理中心。所述认知节点为以下三种情况中的一种：(1)所述认知节点包括直接感知各所述共享资源组所包含的频点并判断出可用的频点、根据各所述频点是否可用计算各个所述共享资源组的可用值并据此判断出可用的共享资源组后将所述可用的共享资源组的可用值上报的基站；(2)所述认知节点包括感知各所述共享资源组所包含的频点并判断出可用的频点的终端和根据所述终端上报的各所述频点是否可用确认可用的频点、根据确认的所述各可用的频点是否可用计算各个所述共享资源组的可用值并据此判断出可用的共享资源组后将所述可用的共享资源组的可用值上报的基站；(3)所述认知节点包括感知各所述共享资源组所包含的频点并判断出可用的频点的终端和根据所述终端上报的各所述频点是否可用确认可用的频点、根据确认的所述各可用的频点是否可用计算各个所述共享资源组的可用值并据此判断出可用的共享资源组同时直接感知各所述共享资源组所包含的频点并判断出可用的频点、根据各所述频点是否可用计算各个所述共享资源组的可用值，从而综合判断出可用的共享资源组后将所述可用的共享资源组的可用值上报的基站。所述基站中预设有供判断所述共享资源组是否可用的频段可用阈值，所述基站中预设有供判断所述频点是否可用的频点可用阈值。本发明还提供了上述认知无线电频谱共享系统采用的频谱共享方法，该频谱共享方法包括如下步骤：(1)所述认知系统感知各所述共享资源组并根据各所述共享资源组的可用值判断出可用的共享资源组，将可用的共享资源组进行使用优先级划分后将优先级信息和各可用的共享资源组的可用值上报给所述认知数据库；(2)所述认知数据库根据所述认知系统上报的优先级信息和各可用的共享资源组的可用值结合自身决策策略，优先选择可用值最大的可用的共享资源组进行分配供使用。所述步骤(1)中，所述认知系统通过认知节点感知并计算各个所述共享资源组的可用值并据此判断出可用的共享资源组后上报给本地资源管理中心，所述本地资源管理中心根据各所述认知节点上报的各个可用的所述共享资源组的可用值计算出各个所述共享资源组的平均可用值并依据各个所述共享资源组的平均可用值和设定的共享资源组可用阈值划分各所述共享资源组的使用优先级。所述认知节点采用以下三种工作方式中的一种：(1)所述认知节点采用基站，所述基站直接感知各所述共享资源组所包含的频点并判断出可用的频点、根据各所述频点是否可用计算各所述共享资源组的可用值并判断出可用的共享资源组上报；(2)所述认知节点采用终端和基站，所述终端感知各所述共享资源组所包含的频点并判断出可用的频点，所述基站根据所述终端上报的各所述频点是否可用确认可用的频点、根据确认的各所述频点是否可用计算各所述共享资源组的可用值并判断出可用的共享资源组上报；(3)所述认知节点采用终端和基站，所述终端感知各所述共享资源组所包含的频点并判断出可用的频点，所述基站一方面根据所述终端上报的各所述频点是否可用确认可用的频点、根据确认的各所述频点是否可用计算各所述共享资源组的可用值并判断出可用的共享资源组，另一方面直接感知各所述共享资源组所包含的频点并判断出可用的频点、根据各所述频点是否可用计算各所述共享资源组的可用值并判断出可用的共享资源组，所述基站综合考虑两方面所获得的可用的所述共享资源组的可用值并最终判断出可用的共享资源组上报。所述基站根据预设的频段可用阈值判断所述共享资源组是否可用；所述基站根据预设的频点可用阈值判断所述频点是否可用。由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的认知无线电频谱共享系统结合其频谱共享方法能够在仅凭频谱资源分配前确定可用的频谱资源，并对可用的频谱资源进行优先级划分，使得能够优先分配优先级高的频谱资源供使用，从而提高了频谱资源的使用效率。附图说明附图1为230MHz频段共享资源组划分示意图。附图2为本发明的认知无线电频谱共享系统的系统架构示意图。附图3为本发明的认知无线电频谱共享系统采用的频谱共享方法的流程示意图。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步描述。实施例一：如附图2所示，一种用于协调和分配频谱资源的认知无线电频谱共享系统，包括认知系统和认知数据库两大部分，一个认知数据库可以连接多套认知系统。认知系统用于感知频谱所包含的可用的共享资源组并将上报各可用的共享资源组的信息。具体的，当认知系统采用蜂窝无线通信系统时，其包括认知节点和本地资源管理中心。认知节点用于计算各个共享资源组的可用值并据此判断出可用的共享资源组后上报，它可以采用以下三种情况中的一种：(1)认知节点包括基站，该基站用于直接感知各共享资源组所包含的频点并判断出可用的频点、根据各频点是否可用计算各个共享资源组的可用值并据此判断出可用的共享资源组后将可用的共享资源组的可用值上报；(2)认知节点包括终端和基站，其中终端用于感知各共享资源组所包含的频点并判断出可用的频点，基站用于根据终端上报的各频点是否可用确认可用的频点、根据确认的各可用的频点是否可用计算各个共享资源组的可用值并据此判断出可用的共享资源组后将可用的共享资源组的可用值上报；(3)认知节点包括终端和基站，其中终端用于感知各共享资源组所包含的频点并判断出可用的频点的终端，基站一方面用于根据终端上报的各频点是否可用确认可用的频点、根据确认的各可用的频点是否可用计算各个共享资源组的可用值并据此判断出可用的共享资源组，另一方面用于直接感知各共享资源组所包含的频点并判断出可用的频点、根据各频点是否可用计算各个共享资源组的可用值，从而综合判断出可用的共享资源组后将可用的共享资源组的可用值上报。认知节点所包含的基站中，预设有供判断共享资源组是否可用的频段可用阈值，基站中预设有供判断频点是否可用的频点可用阈值。本地资源管理中心用于根据各认知节点上报的各个可用的共享资源组的可用值计算出各个共享资源组的平均可用值并依据各个共享资源组的平均可用值和设定的共享资源组可用阈值划分各共享资源组的使用优先级，以供后续进行频谱协调和分配使用。认知数据库用于根据认知系统提供的可用的共享资源组的信息(包括可用的共享资源组的平均可用值和优先级)来结合自身决策策略进行频谱协调和分配。上述认知无线电频谱共享系统采用的频谱共享方法的实施步骤如附图3所示，其可以分为认知系统的部分步骤和认知数据库的部分步骤两大部分，首先，认知系统感知各共享资源组并根据各共享资源组的可用值判断出可用的共享资源组，将可用的共享资源组进行使用优先级划分后将优先级信息和各可用的共享资源组的可用值上报给认知数据库。然后，认知数据库根据认知系统上报的优先级信息和各可用的共享资源组的可用值结合自身决策策略，优先选择可用值最大的可用的共享资源组进行分配供使用。具体的，认知系统通过认知节点感知并计算各个共享资源组的可用值并据此判断出可用的共享资源组后上报给本地资源管理中心，本地资源管理中心根据各认知节点上报的各个可用的共享资源组的可用值计算出各个共享资源组的平均可用值并依据各个共享资源组的平均可用值和设定的共享资源组可用阈值划分各共享资源组的使用优先级。认知节点采用以下三种工作方式中的一种：工作方式(1)：认知节点采用基站，此时，基站直接感知各共享资源组所包含的频点并判断出可用的频点、根据各频点是否可用计算各共享资源组的可用值并判断出可用的共享资源组上报。工作方式(2)：认知节点采用终端和基站，终端感知各共享资源组所包含的频点并判断出可用的频点，基站根据终端上报的各频点是否可用确认可用的频点、根据确认的各频点是否可用计算各共享资源组的可用值并判断出可用的共享资源组上报。工作方式(3)：认知节点采用终端和基站，终端感知各共享资源组所包含的频点并判断出可用的频点，基站一方面根据终端上报的各频点是否可用确认可用的频点、根据确认的各频点是否可用计算各共享资源组的可用值并判断出可用的共享资源组，另一方面直接感知各共享资源组所包含的频点并判断出可用的频点、根据各频点是否可用计算各共享资源组的可用值并判断出可用的共享资源组，基站综合考虑两方面所获得的可用的共享资源组的可用值并最终判断出可用的共享资源组上报。认知系统的工作具体包括以下步骤：①认知节点对共享资源组内的频点进行感知，确定频点是否可用。若仅采用基站感知，则基站对每个共享资源组内的各个频点进行感知后记录各频点是否可用。如果采用终端感知，则终端对每个共享资源组内的各频点进行感知，就感知的是否可用的结果上报给基站，基站再根据各个终端上报的结果确认频点是否可用，此时，在基站中为频点预设有频点可用阈值afp，当计算出的第i个频点的可用值bfp(i)满足bfp(i)≥afp时，则基站认为该频点可用，否则认为该频点不可用，其中如果采用基站和终端进行协同感知，则基站确定每个频点是否可用时，需要综合考虑其自身得出的频点是否可用的结果和基于终端感知得出的频点是否可用的结果，只有当二者同时感知频点可用时，才确认该频点可用。当终端想基站上报其感知结果时，可采用bitmap的方式对频点是否可用进行标识，如“1”表示频点可用，“0”表示频点不可用。②认知节点根据频点的可用情况，对每个共享资源组的可用性进行统计，计算出每个共享资源组的可用值。在认知节点的基站中为每个共享资源组设置了频段可用阈值acs用于判断共享资源组是否可用，当根据认知节点统计获得的一个共享资源组的可用值bcs(i)≥acs时，则基站认为此共享资源组可用，否则认为此共享资源组不可用，其中对于仅包含基站的系统，基站根据自身的感知结果对共享资源组的可用值bcs(i)进行统计，若采用配合的终端和基站，则基站基于终端的感知结果确认频点是否可用后，再对共享资源组的可用值bcs(i)进行统计。若采用协同工作的终端和基站，基站则需综合考虑自身感知结果和终端感知结果，来对共享资源组的可用性进行统计，只有当二方面同时感知频点可用时，才确认该频点可用，从而进一步计算出共享资源组的可用值bcs(i)。③认知节点将可用的共享资源组及其可用值上报给本地资源管理中心。此时，共享资源组是否可用也可以采用bitmap方式进行标识，另外还需定义相应字段对可用共享资源组的可用值进行标识。④本地资源管理中心对共享资源组的可用性进行统计，计算出每个共享资源组的平均可用值，并根据各共享资源组的平均可用值进行使用优先级划分。对于本地资源管理中心来说，为每个共享资源组设置了共享资源组可用阈值amc，本地资源管理中心根据各个(1～n个)认知节点上报的共享资源自的可用值计算出各共享资源组的平均可用值bmc(i)，当bmc(i)≥amc时，则本地资源管理中心认为此共享资源组可用，否则认为此共享资源组不可用，其中n为认知节点的数量。⑤本地资源管理中心将可用的共享资源组及其可用值和可用优先级上报给认知数据库。这里，可用的共享资源组也采用bitmap方式进行标示，而可用的共享资源组的可用值需要另外定义相应字段进行标识。至此，认知系统的工作过程结束，认知数据库继续以下步骤。⑥认知数据库根据认知系统上报的优先级信息和各可用的共享资源组的可用值结合自身决策策略，优先选择可用值最大的可用的共享资源组进行分配供使用。现有的频谱共享方法中，认知系统在进行共享频谱资源申请时，可根据业务需求，将频谱资源需求上报给认知数据库，由认知数据库根据目前的频谱资源使用情况，认知系统的站点分布，分配相应地频谱资源给认知系统使用。当认知系统从认知数据库获得共享频谱资源时，可能会由于认知系统自身能力的差异，或与其它认知系统存在相邻站点或相邻频段上的干扰等原因，导致申请到的频谱资源部分或全部不可用。此时，认知系统需要与认知数据库进行多次协商才能申请到共享频谱资源，加大了频谱申请的时延，可能将无法满足业务的响应时延要求。而本发明提供一种频谱共享资源申请方法，认知系统在进行频谱资源申请前，通过频谱感知确定可用频谱资源，并对可用的频谱资源进行使用优先级划分，使得认知数据库能够优先分配使用优先级高的频谱资源给认知系统使用，避免认知系统申请到不可用的频谱资源，能够对230MHz频段的使用进行重新规划，可以有效提高频谱效率，缓解230频段频谱资源供求紧张的矛盾。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。