专利名称：基于认知数据库和频谱检测结合的无线接入系统及方法
技术领域：
本发明涉及移动业务中的认知无线系统技术领域，特别涉及一种基于认知数据库和频谱检测结合的无线接入系统及方法。
背景技术：
随着无线通信技术的飞速发展，在不同接入技术的通信网络下，实现复杂多样的用户业务，提供方在的网络接入和高质量的服务水平，成为人们亟待解决的问题。认知无线电(Cognitive Radio)技术的出现为人们带来了解决思路，并被视为无线通信领域的又一场技术革命，其通过不断学习，认知外界环境变化，并通过调整其内部通信机理和参数配置来达到对环境变化的自适应，从而改进系统的稳定性并提高频谱资源的利用率。电气和电子工程师协会(简称IEEE)的有关工作组(如802. 22,802. 16)和国际电信联盟(简称ITU)已先后制定或正在积极制定一系列标准以推动该技术在各种应用场景下的发展。在国际电信联盟(ITU)将LTE-Advance作为4G通信的技术标准之后，未来网络的发展趋势必然是异构多元化，开展异构环境下的网络研究势在必行。在异构环境下，认知无线电的使用将变得复杂化，不仅要考虑本网内的空闲频段，同时还需要关注其他网络的可用资源，及时准确的给认知用户发送指导信息。认知数据概念与方法的引入，通过存储和管理认知过程中使用和生成的认知信息的方法来完成异构网络的接入任务，同时实现用户和运营商的技术要求，降低了认知终端的复杂度，并能够有效保障使用空闲资源，而不对授权用户造成干扰，符合未来智能网络的核心网复杂化，终端简单化的发展趋势。但仅仅依靠认知数据库提供的信息并不能保证当终端发送请求时一定有可用资源。如有一篇申请号为“200910001803. 8”的中国专利申请，公开了一种操作认知无线电设备的方法和认知无线电设备的方法。该发明涉及操作认知无线电设备的方法和认知无线电设备。所述认知无线电设备能够与另外的无线电设备建立无线电通信，所述另外的无线电设备特别是通信网络的基站和/或另外的移动终端。其实现过程是提供所述认知无线电设备本地的通信参数数据库，其中，所述通信参数数据库包括地理位置相关的通信参数；确定所述认知无线电设备的地理位置；以及取决于所述通信参数数据库和所述认知无线电设备的被确定的位置，选择一个或多个通信参数用于未来的无线电通信。该申请能够改进操作无线电设备的方法和认知无线电设备，提供高度的操作灵活性，同时避免已知方法的缺点。现有技术有如下缺点目前针对认知无线电设备进行认知接入，大多数情形都是把检测模块置于终端设备中，当认知终端要使用空闲的频谱资源时，需要自行检测，不仅增加了终端的负荷，还有可能由于终端所处的环境处于阴影衰落中，造成了漏检或者误检，从而接入时对授权用户造成了干扰。
引入了认知数据库，获得认知终端附近的基站部署情况，可以克服隐藏终端问题， 同时简化了终端，在提高了检测准确性的同时，也提高了整个网络的效率。但是单纯的依靠认知数据库并不能保证在认知终端发送请求的时候都有空闲资源允许其接入。
发明内容
(一)要解决 的技术问题本发明要解决的技术问题是如何减小认知终端的负荷。如何减小对授权系统用户的干扰；同时又尽可能保证在认知终端发送接入请求时有空闲资源允许其接入。(二)技术方案为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于认知数据库和频谱检测结合的无线接入系统，包括全局认知数据库模块及与其连接的若干基站，所述基站中部署有局部认知数据库模块、资源计算模块、信令交互模块、频谱检测模块，所述局部认知数据库模块连接全局认知数据库模块和资源计算模块，所述资源计算模块连接信令交互模块和频谱检测模块，所述频谱检测模块还连接信令交互模块，所述局部认知数据库模块用于将接收到的认知终端的接入请求发送给所述全局认知数据库模块，并将全局认知数据库模块返回的应答传递给资源计算模块；所述资源计算模块用于根据应答信息并结合本地的无线环境进行可用频谱资源分析，若存在可用频谱资源，则向所述认知终端发送请求应答；否则，向信令交互模块发出检测指令；所述信令交互模块用于向频谱检测模块下发检测信息；所述频谱检测模块用于对授权信号进行频谱检测，并将检测结果发送给所述资源计算模块。其中，所述局部认知数据库模块还用于从资源计算模块获取所述检测结果，更新其中的数据库信息。本发明还提供了一种利用上述的基于认知数据库和频谱检测结合的无线接入系统的接入方法，包括以下步骤Sl 局部认知数据库模块接收认知终端发送的接入请求，并向全局认知数据库模块发送查询请求；S2 全局认知数据库模块收到查询请求后，对局部认知数据库模块进行应答；S3:局部认知数据库模块收到应答信息后，将所述应答信息传递给资源计算模块；S4:资源计算模块根据应答信息并结合本地的无线环境，进行可用频谱资源分析， 若存在可用频谱资源，则执行步骤S8 ；否则，进行步骤S5 ；S5 资源计算模块向信令交互模块发出检测指令；S6 信令交互模块收到指令后，向频谱检测模块下发检测信息；S7 根据信令交互模块提供的检测信息，频谱检测模块有选择性的对授权信号进行频谱检测，并向资源计算模块发送检测结果；S8 根据分析结果，资源计算模块向所述认知终端发送请求应答；S9 认知终端根据收到的请求回复结果进行频谱接入，开始数据传输。
其中，所述步骤S4具体包括 S4. 1 从全局认知数据库模块获得的基站发射类型，依据全局认知数据库模块提供的基本路损模型，基站的部署及发射功率情况，进行链路预算，划出基站的覆盖区域范围，覆盖区域范围包括基站的被干扰区域、无源业务基站覆盖区域、基站的非干扰区域及若干基站的保护区域；S4. 2 判断认知终端所处的区域范围，若处于基站的被干扰区域或无源业务基站覆盖区域，则没有频谱资源可用，若处于基站的非干扰区域，则执行步骤S8，若处于若干基站的保护区域，则执行步骤S5。其中，步骤S7中进行频谱检测的方式包括能量检测法、循环特征检测法或非盲检测法。其中，步骤S7之后还包括步骤局部认知数据库模块从资源计算模块获取所述检测结果，更新其中的数据库信息。(三)有益效果本发明通过将认知数据库和频谱检测技术相结合最大程度上保证了在认知终端发送请求时有空闲资源允许其接入，有效解决隐藏终端问题，将频谱检测模块部署在基站， 减小了认知终端的负荷，避免了由于终端所处的环境处于阴影衰落中，造成了漏检或者误检，从而接入时对授权用户造成了干扰。
图1是本发明实施例的一种基于认知数据库和频谱检测结合的无线接入系统结构示意图；图2是利用图1中系统实现的无线接入方法流程图；图3是利用图1中系统实现的无线接入方法时序图，带“*”的步骤为需要频谱检测才能接入的过程；图4是图2中步骤S104中进行可用频谱资源分析时划分的基站的覆盖区域范围示意图；图5是本发明实施例中进行可用频谱资源分析时判断基站所处区域的具体场景示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。本发明基于认知数据库与频谱检测相结合的思想，提出了基于认知数据库和频谱检测结合的无线接入系统，弥补了单纯依靠数据库方式在实时性方面的欠缺，将频谱检测模块置于基站侧，简化了认知终端，使动态频谱接入更加灵活，具体结构如图1所示，包括全局认知数据库模块及与其连接的若干基站，所述基站中部署有局部认知数据库模块、资源计算模块、信令交互模块、频谱检测模块，所述局部认知数据库模块连接全局认知数据库模块和资源计算模块，所述资源计算模块连接信令交互模块和频谱计算模块， 所述频谱计算模块还连接信令交互模块。频谱计算模块位于基站中，因此，认知终端不具有检测能力，减小了认知终端的负荷，避免了由于终端所处的环境处于阴影衰落中，造成了漏检或者误检，从而接入时对授权用户造成了干扰。全局认知数据库模块位于核心网侧(参考专利申请=201010223951. 7)，主要负责存储所有异构网络参数，其中参数包括空间参数、时间参数、频率参数、用户参数、多重RATs 和系统的不同层等。当局部认知数据库模块调用相关信息时，给予及时回复。全局多域认知数据包括若干个存储空间，即维数，存储空间为分层结构，5个存储域无线 域，由不同RATs的无线传输参数组成，例如发射功率和/或频谱波段和/或信噪比和/或传输速率和/或无线带宽资源等。网络域，由反映不同网络情况的信息组成，例如传输情况和/或系统负载和/或网络收入和/或网络延迟和/或路由和/或调度方案和/或节点拓扑结构和/或各网络基站部署情况等。用户域，用户域的信息来自用户的计划或考虑，例如位置信息和/或服务质量要求和/或用户ID和/或费用和/或授权用户业务使用时间表等。政策域，政策是无线资源管理的准则，例如通信规则和/或频谱政策自定义域，网络信息参数中，很难被分类到上述四类，可以将其归为自定义域。全局认知数据库模块接收局部认知数据库模块发送的认知终端的请求信息，如表 1所示，根据该请求信息查找与发起请求的认知终端的相关信息，如表2所示。表1全局认知数据库模块的接收指令内容
权利要求
1.一种基于认知数据库和频谱检测结合的无线接入系统，其特征在于，包括全局认知数据库模块及与其连接的若干基站，所述基站中部署有局部认知数据库模块、资源计算模块、信令交互模块、频谱检测模块，所述局部认知数据库模块连接全局认知数据库模块和资源计算模块，所述资源计算模块连接信令交互模块和频谱检测模块，所述频谱检测模块还连接信令交互模块，所述局部认知数据库模块用于将接收到的认知终端的接入请求发送给所述全局认知数据库模块，并将全局认知数据库模块返回的应答传递给资源计算模块； 所述资源计算模块用于根据应答信息并结合本地的无线环境进行可用频谱资源分析， 若存在可用频谱资源，则向所述认知终端发送请求应答；否则，向信令交互模块发出检测指令；所述信令交互模块用于向频谱检测模块下发检测信息；所述频谱检测模块用于对授权信号进行频谱检测，并将检测结果发送给所述资源计算模块。
2.如权利要求1所述的基于认知数据库和频谱检测结合的无线接入系统，其特征在于，所述局部认知数据库模块还用于从资源计算模块获取所述检测结果，更新其中的数据库信息。
3.一种利用权利要求1或2所述的基于认知数据库和频谱检测结合的无线接入系统的接入方法，其特征在于，包括以下步骤51局部认知数据库模块接收认知终端发送的接入请求，并向全局认知数据库模块发送查询请求；52全局认知数据库模块收到查询请求后，对局部认知数据库模块进行应答；53局部认知数据库模块收到应答信息后，将所述应答信息传递给资源计算模块； S4:资源计算模块根据应答信息并结合本地的无线环境，进行可用频谱资源分析，若存在可用频谱资源，则执行步骤S8 ；否则，进行步骤S5 ；55资源计算模块向信令交互模块发出检测指令；56信令交互模块收到指令后，向频谱检测模块下发检测信息；57根据信令交互模块提供的检测信息，频谱检测模块有选择性的对授权信号进行频谱检测，并向资源计算模块发送检测结果；58根据分析结果，资源计算模块向所述认知终端发送请求应答；59认知终端根据收到的请求回复结果进行频谱接入，开始数据传输。
4.如权利要求3所述的无线接入方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括S4. 1 从全局认知数据库模块获得的基站发射类型，依据全局认知数据库模块提供的基本路损模型，基站的部署及发射功率情况，进行链路预算，划出基站的覆盖区域范围，覆盖区域范围包括基站的被干扰区域、无源业务基站覆盖区域、基站的非干扰区域及若干基站的保护区域；S4. 2 判断认知终端所处的区域范围，若处于基站的被干扰区域或无源业务基站覆盖区域，则没有频谱资源可用，若处于基站的非干扰区域，则执行步骤S8,若处于若干基站的保护区域，则执行步骤S5。
5.如权利要求4所述的无线接入方法，其特征在于，步骤S7中进行频谱检测的方式包括能量检测法、循环特征检测法或非盲检测法。
6.如权利要求3 5中任一项所述的无线接入方法，其特征在于，步骤S7之后还包括步骤局部认知数据库模块从资源计算模块获取所述检测结果，更新其中的数据库信息。
全文摘要
本发明公开了一种基于认知数据库和频谱检测结合的无线接入系统，涉及移动业务中的认知无线系统技术领域，包括全局认知数据库模块及与其连接的若干基站，所述基站中部署有局部认知数据库模块、资源计算模块、信令交互模块、频谱检测模块，所述局部认知数据库模块连接全局认知数据库模块和资源计算模块，所述资源计算模块连接信令交互模块和频谱计算模块，所述频谱计算模块还连接信令交互模块。还公开了一种利用上述系统的无线接入方法。本发明通过将认知数据库和频谱检测技术相结合，尽最大可能在认知终端发送接入请求的时候向其提供空闲资源以允许其接入。
文档编号H04W24/00GK102223652SQ20111015618
公开日2011年10月19日 申请日期2011年6月10日 优先权日2011年6月10日
发明者冯志勇, 张平, 张第, 彭立军, 薛剑韬 申请人:北京邮电大学