专利名称：一种基于区域划分的空时频谱共享方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信系统中频谱共享技术领域，尤其涉及一种基于区域划分的空时频谱共享方法和系统。
背景技术：
“频谱稀缺”已经成为制约下一代无线通信系统发展的ー个瓶颈。传统的方法是采取固定方式将无线电通信频谱分配给不同业务，一个频段一般仅供ー个无线通信系统独立使用，由国家统ー分配、授权。但是，随着无线网络结构的日益复杂和通信技术质量要求的严格化，使得频谱资源需求的急剧增长和资源本身容量有限的矛盾日益激化。随着软件无线电技术(Software Defined Radio, SDR)的发展和认知无线电(Cognitive Radio, CR)概念的提出，业内人士普遍认为认知无线电技术是提高频谱使用效用效率的一种有效方法。基于认知无线电技术的认识无线网络(Cognitive Radio Networks, CRN),是当今通信领域最前沿的研究領域之一。认知无线网络是ー种具有认知功能的网络，它能分辨当前网络状态，然后根据这些状态进行规划、决策和响应。动态频谱共享技术(Dynamic Spectrum sharing, DSS)是认知无线网络能提高频谱利用率所依靠的ー项极为关键的技术，其基本思想是认知用户在保证主用户的服务质量(QoS)的前提下，认知网络用户动态利用主用户频段(即主用户的授权频段)进行通信，从而提高频谱利用效率。目前提出的动态频谱共享技术共分为两类，即空域动态频谱共享和时域频谱共享，但是二者各有缺陷。空域频谱共享,又被称作spectrum underlay,允许认知用户在不干扰主用户的前提下，与主用户同时采用授权频段进行通信，不受时间限制。但是由于认知用户需要进行有效地功率控制避免对主用户的干扰，从而导致降低次用户的传输速率。此外，如果次用户距离主用户过近，则会由于干扰过大而不能够进行数据传输。因此空域频谱共享实际上忽略了一定的空域频谱利用机会。时域频谱共享，又被称作spectrum overlay,允许认知用户通过频谱检测技术检测授权频段是否空闲，从而能够在主用户不使用授权频段时进行数据传输，不受与主用户的距离限制。但是时域频谱共享极大地依赖主用户的行为特征，如果主用户在某段时间ー直占用某段频谱，则认知用户不能利用该段频谱。因此时域频谱共享实际上忽略了一定的时域频谱利用机会。综上所述，目前的动态频谱共享技术大多均针对空域或者时域单独研究，但各自在频谱利用机会的利用方面存在缺陷。尽管已有相关的研究和技术提出了空域和时域相结合的频谱利用机会的概念，并将其作为衡量频谱检测的指标，但是并没有进ー步研究如何有效利用上述两个频谱机会。虽然基于区域划分的频谱共享技术已被逐渐认可，但其主要用于空域频谱共享，缺乏对时域频谱机会的有效利用
发明内容
(—)要解决的技术问题针对上述缺陷，本发明要解决的技术问题是如何在认知无线网络下实现空域和时域联合进行频谱共享，提高频谱利用效率。(ニ)技术方案为解决上述问题，本发明提供了一种基于区域划分的空时频谱共享方法，所述方法具体包括:A:接收主用户和认知用户分别发送的主用户通信參数和认知用户通信參数；B:结合所述主用户通信參数和所述认知用户通信參数进行频谱共享区域的边界计算，将所述频谱共享区域划分为五个区域；C:根据所述认知用户通信參数判定每个认知用户属于所述频谱共享区域中的哪一区域，并根据判定结果采用相应的共享方式进行空时频谱的共享。优选地，所述主用户通信參数包括:主用户位置、主用户传输中断概率门限和主用户所能承受的干扰门限；所述认知用户通信參数包括:认知用户位置、认知用户漏检概率和虚警概率门限。优选地，所述将所述频谱共享区域划分为五个区域具体包括:主用户保护区域、时域频谱共享区域、空时混合频谱共享区域、功率受限制的空域频谱共享区域和功率不受限制的空域频谱共享区域。优选地，所述结合所述主用户通信參数和所述认知用户通信參数进行频谱共享区域的边界计算具体包括:B1:计算主用户保护区域外半径，计算主用户发射机覆盖边缘的接收机的通信中断概率，所述通信中断概率当达到所述主用户传输中断概率门限时，则所述主用户发射机与其覆盖边缘的接收机之间的距离即为所述主用户保护区域外半径；B2:计算时域频谱共享区域外半径，所述认知用户与所述主用户进行空域频谱共享时，根据认知用户发射机与认知用户接收机的距离、所述主用户发射机与所述认知用户接收机的距离计算处于所述认知用户发射机最小覆盖范围边缘的认知用户接收机的接受信噪比，得出所述认知用户接收机的轨迹的表达式，所述轨迹的为圆，其中圆心为所述认知用户发射机的位置，则所述认知用户发射机与主用户发射机之间的距离即为所述时域频谱共享区域外半径；B3:计算空时混合频谱共享区域外半径，根据频谱检测是的所述认知用户漏检概率和所述虚警概率门限确定检测门限的上界和下界，当所述上界和所述下界相等时的认知用户与主用户发射机之间的距离即为所述空时混合频谱共享区域外半径；B4:计算功率不受限制的空域频谱共享区域内半径，假设所述功率不受限制的空域频谱共享区域内半径为未知參数，计算所述未知參数至无穷远处所有认知用户的累计干扰，并计算当所述累计干扰等于所述主用户所能承受的干扰门限时，所述未知參数的值即为所述功率不受限制的空域频谱共享区域内半径；B5:根据所述空时混合频谱共享区域外半径与所述功率不受限制的空域频谱共享区域内半径的大小判断所述功率受限制的空域频谱共享区域是否存在，如果所述空时混合频谱共享区域外半径小于所述功率不受限制的空域频谱共享区域内半径，则所述功率受限制的空域频谱共享区域存在，否则不存在。
优选地，所述步骤C具体包括:Cl:判断所述认知用户是否属于所述主用户保护区域，如果是则所述认知用户不进行频谱共享区域，否则进入步骤C2 ；C2:判断所述认知用户是否属于时域频谱共享区域，如果是则所述认知用户进行时域频谱共享，否则进入步骤C3 ；C3:判断所述认知用户是否属于空时混合频谱共享区域，如果是则所述认知用户进行时域频谱共享或空域频谱共享，否则进入步骤C4 ；C4:判断所述认知用户是否属于功率受限制的空域频谱共享区域，如果是则所述认知用户以低于限制功率的功率进行空域频谱共享，否则进入步骤C5 ；C5:以任意功率进行空域频谱共享。为解决上述问题，本发明还提供了一种基于区域划分的空时频谱共享系统，所述系统包括:主用户单元、频谱共享单元和认知用户单元；所述主用户单元中包括主用户通信參数上报模块，用于发送主用户通信參数；所述频谱共享单元用于结合所述主用户通信參数和所述认知用户通信參数进行频谱共享区域的边界计算，将所述频谱共享区域划分为五个区域，具体包括:区域计算模块、区域分配模块和区域分配信息发送模块；所述认知用户单元用于根据所述认知用户通信參数判定每个认知用户属于所述频谱共享区域中的哪一区域，并根据判定结果采用相应的共享方式进行空时频谱的共享，具体包括:认知用户通信參数上报模块、频谱共享模式决策模块、时域频谱共享模块和空域频谱共享模块。优选地，所述区域计算模块接收所述主用户通信參数上报模块发送的主用户通信參数和所述认知用户通信參数上报模块发送的认知用户通信參数进行所述频谱共享区域的边界计算；其中所述主用户通信參数包括主用户位置、主用户传输中断概率门限和主用户所能承受的干扰门限；所述认知用户通信參数包括:认知用户位置、认知用户漏检概率和虚警概率门限。优选地，所述区域计算模块将所述频谱共享区域划分为主用户保护区域、时域频谱共享区域、空时混合频谱共享区域、功率受限制的空域频谱共享区域和功率不受限制的空域频谱共享区域五个区域。优选地，其特征在于，所述区域计算模块具体包括:第一计算模块、第二计算模块、第三计算模块、第四计算模块和第五区域判定模块；所述第一计算模块，用于计算主用户保护区域外半径，计算主用户发射机覆盖边缘的接收机的通信中断概率，所述通信中断概率当达到所述主用户传输中断概率门限吋，则所述主用户发射机与其覆盖边缘的接收机之间的距离即为所述主用户保护区域外半径;所述第二计算模块，用于计算时域频谱共享区域外半径，所述认知用户与所述主用户进行空域频谱共享时，根据认知用户发射机与认知用户接收机的距离、所述主用户发射机与所述认知用户接收机的距离计算处于所述认知用户发射机最小覆盖范围边缘的认知用户接收机的接受信噪比，得出所述认知用户接收机的轨迹的表达式，所述轨迹的为圆，其中圆心为所述认知用户发射机的位置，则所述认知用户发射机与主用户发射机之间的距离即为所述时域频谱共享区域外半径；所述第三计算模块，用于计算空时混合频谱共享区域外半径，根据频谱检测是的所述认知用户漏检概率和所述虚警概率门限确定检测门限的上界和下界，当所述上界和所述下界相等时的认知用户与主用户发射机之间的距离即为所述空时混合频谱共享区域外半径；所述第四计算模块，用于计算功率不受限制的空域频谱共享区域内半径，假设所述功率不受限制的空域频谱共享区域内半径为未知參数，计算所述未知參数至无穷远处所有认知用户的累计干扰，并计算当所述累计干扰等于所述主用户所能承受的干扰门限吋，所述未知參数的值即为所述功率不受限制的空域频谱共享区域内半径；所述第五区域判定模块用于根据所述空时混合频谱共享区域外半径与所述功率不受限制的空域频谱共享区域内半径的大小判断所述功率受限制的空域频谱共享区域是否存在，如果所述空时混合频谱共享区域外半径小于所述功率不受限制的空域频谱共享区域内半径，则所述功率受限制的空域频谱共享区域存在，否则不存在。优选地，所述区域分配模块包括:第一判断模块、第二判断模块、第三判断模块、第四判断模块和第五模块；所述第一判断模块，用于判断所述认知用户是否属于所述主用户保护区域，如果是则所述认知用户不进行频谱共享区域，否则进入所述第二判断模块；所述第二判断模块，用于判断所述认知用户是否属于时域频谱共享区域，如果是则所述认知用户进入所述时域频谱共享模块进行时域频谱共享，否则进入所述第三判断模块；所述第三判断模块，用于判断所述认知用户是否属于空时混合频谱共享区域，如果是则所述认知用户进入所述时域频谱共享模块进行时域频谱共享或进入所述空域频谱共享模块进行空域频谱共享，否则进入所述第四判断模块；所述第四判断模块，用于判断所述认知用户是否属于功率受限制的空域频谱共享区域，如果是则所述认知用户进入所述空域频谱共享模块以低于限制功率的功率进行空域频谱共享，否则进入所述第五模块；所述第五模块，用于所述认知用户进入所述空域频谱共享模块以任意功率进行空域频谱共享。(三)有益效果本发明提出了一种基于区域划分的空时频谱共享方法和系统，在认知无线网络中充分利用时域上的频谱机会，将空域频谱共享与时域频谱共享有机结合，从而进一步提升频谱利用效率，对频谱共享区域中的每个区域的边界进行计算方法，具有很强的实际操作价值。
图1为本发明实施例一的一种基于区域划分的空时频谱共享方法的流程图2为本发明实施例一中的认知无线网络中的基于区域划分的空时频谱共享场景图；图3为本发明实施例一的一种基于区域划分的空时频谱共享方法中的步骤B的具体流程图；图4为本发明实施例一的一种基于区域划分的空时频谱共享方法中的步骤C的具体流程图；图5为本发明实施例一的一种基于区域划分的空时频谱共享方法中认知数据可和频谱检测结合的使用方法流程图；图6为本发明实施例ニ的一种基于区域划分的空时频谱共享系统的组成示意图；图7为本发明实施例ニ的一种基于区域划分的空时频谱共享系统中区域计算模块的组成示意图；图8为本发明实施例ニ的一种基于区域划分的空时频谱共享系统中区域分配模块的组成示意图。
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
作进ー步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例一本发明实施例一中提供了一种基于区域划分的空时频谱共享方法，步骤流程如图1所示，具体包括以下步骤:步骤A:接收主用户和认知用户分别发送的主用户通信參数和认知用户通信參数。其中，主用户通信參数包括:主用户位置、主用户传输中断概率门限和主用户所能承受的干扰门限。认知用户通信參数包括:认知用户位置、认知用户漏检概率和虚警概率门限。步骤B:结合主用户通信參数和认知用户通信參数进行频谱共享区域的边界计算，将频谱共享区域划分为五个区域。具体的，五个区域包括:主用户保护区域、时域频谱共享区域、空时混合频谱共享区域、功率受限制的空域频谱共享区域和功率不受限制的空域频谱共享区域，基于区域划分的空时频谱共享如图2所示，具体介绍图如下:1.主用户保护区域:在该区域内，为了保证主用户的数据传输不受影响(即主用户通信的中断概率需要小于门限值)，认知用户不能够进行数据传输。2.时域频谱共享区域:由于该区域离主用户较近，为保证认知用户接收机在传输时不受到主用户发射机的干扰，认知用户只能够进行时域频谱共享，即在主用户信道空闲的时候利用授权频谱进行数据传输，而不能够进行空域频谱共享，即与主用户同时采用授权频段进行通信。3.空时结合频谱共享区域:该区域内的认知用户既可以采用空域频谱共享，也可以采用时域频谱共享。4.功率受控制的空域频谱共享区域:该区域的认知用户由于受到频谱检测能力的限制(因为距离主用户较远，检测误差过大)，同时又为了确保对主用户的干扰低于主用户的干扰门限，需要进行功率控制。5.功率不受控制的空域频谱共享区域:该区域的认知用户由于距离主用户最远，可以以最大发射功率进行空域频谱共享，即功率不受限制。具体的，结合主用户通信參数和认知用户通信參数进行频谱共享区域的边界计算步骤流程如图3所示，具体包括:步骤B1:计算主用户保护区域外半径も。计算主用户发射机覆盖边缘的接收机的通信中断概率，通信中断概率当达到主用户传输中断概率门限时，则主用户发射机与其覆盖边缘的接收机之间的距离即为主用户保护区域外半径も。在R1以内的主用户的通信中断概率均低于门限值，即都能够正常通信。步骤B2:计算时域频谱共享区域外半径R2。假设某ー认知用户与主用户同时采用授权频段进行通信(即进行空域频谱共享)，认知用户与主用户进行空域频谱共享时，认知用户发射机的覆盖面积与主用户发射机和认知用户之间的距离成反比(因为认知用户距离主用户越近，受到主用户发射机的干扰越大，不能够正常通信的认知用户相应就越多，从而导致认知用户发射机的覆盖面积减小)。计算当达到认知用户发射机最小覆盖面积(即覆盖面积门限值)时，主用户发射机与认知用户之间的距离R2。根据认知用户发射机与认知用户接收机的距离、主用户发射机与认知用户接收机的距离计算处于认知用户发射机最小覆盖范围边缘的认知用户接收机的接受信噪比，得出认知用户接收机的轨迹的表达式，轨迹的为圆，其中圆心为认知用户发射机的位置，则认知用户发射机与主用户发射机之间的距离即为时域频谱共享区域外半径r2。具体计算方法如下:(I)计算处于认知用户发射机最小覆盖范围边缘的认知用户接收机的接受信噪比，该信噪比是认知用户发射机和认知用户接收机的距离、以及主用户发射机和认知用户接收机的距离的函数。(2)根据(I)中的函数式可以得出该认知用户接收机的轨迹的表达式，该轨迹是圆，圆心为认知用户发射机的位置，半径为
最小覆盖面积/贫。(3)根据认知用户发射机的位置，即可算出认知用户发射机与主用户
发射机之间的距离。由于一旦低于R2，进行空域频谱共享的认知用户将无法达到覆盖面积门限值，不能进行空域频谱共享而只能进行时域频谱共享，因此，R2即为时域频谱共享区域外半径。步骤B3:计算空时混合频谱共享区域外半径R3。根据频谱检测是的认知用户漏检概率和虚警概率门限确定检测门限的上界和下界，根据计算可以得到上界是认知用户与主用户发射机距离的减函数，而下界与认知用户和主用户发射机之间的距离无关。当上界和下界相等时的认知用户与主用户发射机之间的距离即为空时混合频谱共享区域外半径r3。步骤B4:计算功率不受限制的空域频谱共享区域内半径R4。假设功率不受限制的空域频谱共享区域内半径为未知參数X，计算未知參数X至无穷远处所有认知用户的累计干扰，并计算当累计干扰等于主用户所能承受的干扰门限时，未知參数X的值即为功率不受限制的空域频谱共享区域内半径r4。步骤B5:根据空时混合频谱共享区域外半径R3与功率不受限制的空域频谱共享区域内半径R4的大小判断功率受限制的空域频谱共享区域是否存在，如果空时混合频谱共享区域外半径R3小于功率不受限制的空域频谱共享区域内半径R4,则功率受限制的空域频谱共享区域存在，否则不存在。步骤C:根据认知用户通信參数判定每个认知用户属于频谱共享区域中的哪一区域，并根据判定结果采用相应的共享方式进行空时频谱的共享。步骤C的步骤流程如图4所示，具体包括以下步骤:步骤Cl:判断认知用户是否属于主用户保护区域，如果是则认知用户不进行频谱共享区域，否则进入步骤C2。步骤C2:判断认知用户是否属于时域频谱共享区域，如果是则认知用户进行时域频谱共享，否则进入步骤C3。步骤C3:判断认知用户是否属于空时混合频谱共享区域，如果是则认知用户进行时域频谱共享或空域频谱共享，否则进入步骤C4。步骤C4:判断认知用户是否属于功率受限制的空域频谱共享区域，如果是则认知用户以低于限制功率的功率进行空域频谱共享，否则进入步骤C5。步骤C5:以任意功率进行空域频谱共享。在异构网络下认知数据库和频谱检测结合的使用方法流程如图5所示。本发明的实施例适用于主用户网络为单发射机、多接收机，同时认知用户的发射机和接收机之间的传输距离远远小于主用户发射机和接收机之间的传输距离的场景。认知用户采用能量检测的方式进行频谱检測。若主用户网络为多发射机多接收机的场景，则可将其划分为若干个单发射机，多接收机的子场景，对每个子场景分别采用本发明实施例提供的方法即可。通过使用上述方法，在认知无线网络中充分利用时域上的频谱机会，将空域频谱共享与时域频谱共享有机结合，从而进ー步提升频谱利用效率，对频谱共享区域中的每个区域的边界进行计算方法，具有很强的实际操作价值。实施例ニ为达到上述目的，本发明的实施例ニ中还提供了一种基于区域划分的空时频谱共享系统，组成示意图如图6所示,具体包括:主用户单元610、频谱共享单元620和认知用户单元630。主用户单元610中包括主用户通信參数上报模块611，用于发送主用户通信參数。其中，主用户通信參数包括主用户位置、主用户传输中断概率门限和主用户所能承受的干扰门限。频谱共享单元620用于结合主用户通信參数和认知用户通信參数进行频谱共享区域的边界计算，将频谱共享区域划分为五个区域，具体包括:区域计算模块621、区域分配模块622和区域分配信息发送模块623。认知用户单元630用于根据认知用户通信參数判定每个认知用户属于频谱共享区域中的哪一区域，并根据判定结果采用相应的共享方式进行空时频谱的共享，具体包括:认知用户通信參数上报模块631、频谱共享模式决策模块632、时域频谱共享模块633和空域频谱共享模块634。认知用户通信參数上报模块631，用于向区域计算模块621发送认知用户通信參数。其中，认知用户通信參数包括:认知用户位置、认知用户漏检概率和虚警概率门限。区域计算模块621，用于接收主用户通信參数上报模块611发送的主用户通信參数和认知用户通信參数上报模块631发送的认知用户通信參数进行频谱共享区域的边界计算。区域计算模块621接收的数据包括:主用户位置、主用户传输中断概率门限、主用户所能承受的干扰门限、认知用户位置、认知用户漏检概率和虚警概率门限。
区域计算模块621组成示意图如图7所示，具体包括:第一计算模块6211、第二计算模块6212、第三计算模块6213、第四计算模块6214和第五区域判定模块6215。第一计算模块6211，用于计算主用户保护区域外半径も。计算主用户发射机覆盖边缘的接收机的通信中断概率，通信中断概率当达到主用户传输中断概率门限时，则主用户发射机与其覆盖边缘的接收机之间的距离即为主用户保护区域外半径札。第二计算模块6212，用于计算时域频谱共享区域外半径R2。认知用户与主用户进行空域频谱共享时，根据认知用户发射机与认知用户接收机的距离、主用户发射机与认知用户接收机的距离计算处于认知用户发射机最小覆盖范围边缘的认知用户接收机的接受信噪比，得出认知用户接收机的轨迹的表达式，轨迹的为圆，其中圆心为认知用户发射机的位置，则认知用户发射机与主用户发射机之间的距离即为时域频谱共享区域外半径R2。第三计算模块6213，用于计算空时混合频谱共享区域外半径R3。根据频谱检测是的认知用户漏检概率和虚警概率门限确定检测门限的上界和下界，当上界和下界相等时的认知用户与主用户发射机之间的距离即为空时混合频谱共享区域外半径R3。第四计算模块6214，用于计算功率不受限制的空域频谱共享区域内半径R4。假设功率不受限制的空域频谱共享区域内半径为未知參数X，计算未知參数X至无穷远处所有认知用户的累计干扰，并计算当累计干扰等于主用户所能承受的干扰门限时，未知參数X的值即为功率不受限制的空域频谱共享区域内半径r4。具体计算方法如下:(I)计算处于认知用户发射机最小覆盖范围边缘的认知用户接收机的接受信噪比，该信噪比是认知用户发射机和认知用户接收机的距离、以及主用户发射机和认知用户接收机的距离的函数。(2)根据(I)中的函数式可以得出该认知用户接收机的轨迹的表达式，该轨迹是圆，圆心为认知用户发射机的位置，半径为^/最小覆盖面积/;r。(3)根据认知用户发射机的位置，即可算出认知用户发射机与主用户发射机之间的距离。第五区域判定模块6215，用于根据空时混合频谱共享区域外半径R3与功率不受限制的空域频谱共享区域内半径R4的大小判断功率受限制的空域频谱共享区域是否存在。如果空时混合频谱共享区域外半径R3小于功率不受限制的空域频谱共享区域内半径R4,则功率受限制的空域频谱共享区域存在，否则不存在。通过计算将频谱共享区域划分为主用户保护区域、时域频谱共享区域、空时混合频谱共享区域、功率受限制的空域频谱共享区域和功率不受限制的空域频谱共享区域五个区域，并输出主用户保护区域外半径R1、时域频谱共享区域外半径R2、空时混合频谱共享区域外半径R3、功率不受限制的空域频谱共享区域外半径R4和认知用户位置信息。区域分配模块622，用于根据认知用户的位置信息以及各个频谱共享区域的半径信息，将所有认知用户划分进不同的频谱共享区域，并将认知用户所在的频谱共享区域信息传递给区域分配信息发送模块623发送给认知用户。区域分配模块622接收的数据包括:主用户保护区域外半径R1、时域频谱共享区域外半径R2、空时混合频谱共享区域外半径R3、功率不受限制的空域频谱共享区域外半径R4和认知用户位置信息。区域分配模块622组成示意图如图8所示，具体包括:第一判断模块6221、第二判断模块6222、第三判断模块6223、第四判断模块6224和第五模块6225。第一判断模块6221，用于判断认知用户是否属于主用户保护区域，如果是则认知用户不进行频谱共享区域，否则进入第二判断模块6222。第二判断模块6222，用于判断认知用户是否属于时域频谱共享区域，如果是则认知用户进入时域频谱共享模块进行时域频谱共享，否则进入第三判断模块6223。第三判断模块6223，用于判断认知用户是否属于空时混合频谱共享区域，如果是则认知用户进入时域频谱共享模块进行时域频谱共享或进入空域频谱共享模块进行空域频谱共享，否则进入第四判断模块6224。第四判断模块6224，用于判断认知用户是否属于功率受限制的空域频谱共享区域，如果是则认知用户进入空域频谱共享模块以低于限制功率的功率进行空域频谱共享，否则进入第五模块6225。第五模块6225，用于认知用户进入空域频谱共享模块以任意功率进行空域频谱共享。通过上述判断模块的判断，最后输出将认知用户属于频谱共享区域的哪一区域的信息，并发送给认知用户单元中的频谱共享模式决策模块632。频谱共享模式决策模块632接收区域分配信息发送模块623发送的数据，并调动相应的频谱共享模块进行频谱共享。其中的频谱共享模块包括时域频谱共享模块633和空域频谱共享模块634。时域频谱共享模块633首先通过频谱检测技术检测授权频段是否空闲，进而在主用户不使用授权频段时进行数据传输。空域频谱共享模块634在不干扰主用户的前提下，与主用户同时采用授权频段进行通信，具体包括:功率受限制的空域频谱共享和功率不受限制的空域频谱共享。通过上述系统，在认知无线网络中充分利用时域上的频谱机会，将空域频谱共享与时域频谱共享有机结合，从而进ー步提升频谱利用效率，对频谱共享区域中的每个区域的边界进行计算方法，具有很强的实际操作价值。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
1.一种基于区域划分的空时频谱共享方法，其特征在于，所述方法具体包括: A:接收主用户和认知用户分别发送的主用户通信參数和认知用户通信參数； B:结合所述主用户通信參数和所述认知用户通信參数进行频谱共享区域的边界计算，将所述频谱共享区域划分为五个区域； C:根据所述认知用户通信參数判定每个认知用户属于所述频谱共享区域中的哪一区域，并根据判定结果采用相应的共享方式进行空时频谱的共享。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主用户通信參数包括:主用户位置、主用户传输中断概率门限和主用户所能承受的干扰门限；所述认知用户通信參数包括:认知用户位置、认知用户漏检概率和虚警概率门限。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述频谱共享区域划分为五个区域具体包括:主用户保护区域、时域频谱共享区域、空时混合频谱共享区域、功率受限制的空域频谱共享区域和功率不受限制的空域频谱共享区域。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述结合所述主用户通信參数和所述认知用户通信參数进行频谱共享区域的边界计算具体包括: B1:计算主用户保护区域外半径，计算主用户发射机覆盖边缘的接收机的通信中断概率，所述通信中断概率当达到所述主用户传输中断概率门限时，则所述主用户发射机与其覆盖边缘的接收机之间的距离即为所述主用户保护区域外半径； B2:计算时域频谱共享区域外半径，所述认知用户与所述主用户进行空域频谱共享时，根据认知用户发射机与认知用户接收机的距离、所述主用户发射机与所述认知用户接收机的距离计算处于所述认知用户发射机最小覆盖范围边缘的认知用户接收机的接受信噪比，得出所述认知用户接收机的轨迹的表达式，所述轨迹的为圆，其中圆心为所述认知用户发射机的位置，则所述认知用户发射机与主用户发射机之间的距离即为所述时域频谱共享区域外半径； B3:计算空时混合频谱共享区域外半径，根据频谱检测是的所述认知用户漏检概率和所述虚警概率门限确定检测门限的上界和下界，当所述上界和所述下界相等时的认知用户与主用户发射机之间的距离即为所述空时混合频谱共享区域外半径； B4:计算功率不受限制的空域频谱共享区域内半径，假设所述功率不受限制的空域频谱共享区域内半径为未知參数，计算所述未知參数至无穷远处所有认知用户的累计干扰，并计算当所述累计干扰等于所述主用户所能承受的干扰门限时，所述未知參数的值即为所述功率不受限制的空域频谱共享区域内半径； B5:根据所述空时混合频谱共享区域外半径与所述功率不受限制的空域频谱共享区域内半径的大小判断所述功率受限制的空域频谱共享区域是否存在，如果所述空时混合频谱共享区域外半径小于所述功率不受限制的空域频谱共享区域内半径，则所述功率受限制的空域频谱共享区域存在，否则不存在。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C具体包括: Cl:判断所述认知用户是否属于所述主用户保护区域，如果是则所述认知用户不进行频谱共享区域，否则进 入步骤C2 ； C2:判断所述认知用户是否属于时域频谱共享区域，如果是则所述认知用户进行时域频谱共享，否则进入步骤C3;C3:判断所述认知用户是否属于空时混合频谱共享区域，如果是则所述认知用户进行时域频谱共享或空域频谱共享，否则进入步骤C4 ； C4:判断所述认知用户是否属于功率受限制的空域频谱共享区域，如果是则所述认知用户以低于限制功率的功率进行空域频谱共享，否则进入步骤C5 ； C5:以任意功率进行空域频谱共享。
6.一种基于区域划分的空时频谱共享系统，其特征在于，所述系统具体包括: 主用户单元、频谱共享单元和认知用户单元； 所述主用户单元中包括主用户通信參数上报模块，用于发送主用户通信參数； 所述频谱共享单元用于结合所述主用户通信參数和所述认知用户通信參数进行频谱共享区域的边界计算，将所述频谱共享区域划分为五个区域，具体包括:区域计算模块、区域分配模块和区域分配信息发送模块； 所述认知用户单元用于根据所述认知用户通信參数判定每个认知用户属于所述频谱共享区域中的哪一区域，并根据判定结果采用相应的共享方式进行空时频谱的共享，具体包括:认知用户通信參数上报模块、频谱共享模式决策模块、时域频谱共享模块和空域频谱共享模块。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在干，所述区域计算模块接收所述主用户通信參数上报模块发送的主用户通信參数和所述认知用户通信參数上报模块发送的认知用户通信參数进行所述频谱共享区域的边界计算； 其中所述主用户通信參数包括主用户位置、主用户传输中断概率门限和主用户所能承受的干扰门限；所述认知用户通信參数包括:认知用户位置、认知用户漏检概率和虚警概率门限。
8.如权利要求6所述的系统，其特征在干，所述区域计算模块将所述频谱共享区域划分为主用户保护区域、时域频谱共享区域、空时混合频谱共享区域、功率受限制的空域频谱共享区域和功率不受限制的空域频谱共享区域五个区域。
9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述区域计算模块具体包括: 第一计算模块、第二计算模块、第三计算模块、第四计算模块和第五区域判定模块；所述第一计算模块，用于计算主用户保护区域外半径，计算主用户发射机覆盖边缘的接收机的通信中断概率，所述通信中断概率当达到所述主用户传输中断概率门限时，则所述主用户发射机与其覆盖边缘的接收机之间的距离即为所述主用户保护区域外半径； 所述第二计算模块，用于计算时域频谱共享区域外半径，所述认知用户与所述主用户进行空域频谱共享时，根据认知用户发射机与认知用户接收机的距离、所述主用户发射机与所述认知用户接收机的距离计算处于所述认知用户发射机最小覆盖范围边缘的认知用户接收机的接受信噪比，得出所述认知用户接收机的轨迹的表达式，所述轨迹的为圆，其中圆心为所述认知用户发射机的位置，则所述认知用户发射机与主用户发射机之间的距离即为所述时域频谱共享区域外半径； 所述第三计算模块，用于计算空时混合频谱共享区域外半径，根据频谱检测是的所述认知用户漏检概率和所述虚警概率门限确定检测门限的上界和下界，当所述上界和所述下界相等时的认知用户与主用户发射机之间的距离即为所述空时混合频谱共享区域外半径；所述第四计算模块，用于计算功率不受限制的空域频谱共享区域内半径，假设所述功率不受限制的空域频谱共享区域内半径为未知參数，计算所述未知參数至无穷远处所有认知用户的累计干扰，并计算当所述累计干扰等于所述主用户所能承受的干扰门限时，所述未知參数的值即为所述功率不受限制的空域频谱共享区域内半径； 所述第五区域判定模块用于根据所述空时混合频谱共享区域外半径与所述功率不受限制的空域频谱共享区域内半径的大小判断所述功率受限制的空域频谱共享区域是否存在，如果所述空时混合频谱共享区域外半径小于所述功率不受限制的空域频谱共享区域内半径，则所述功率受限制的空域频谱共享区域存在，否则不存在。
10.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述区域分配模块包括:第一判断模块、第ニ判断模块、第三判断模块、第四判断模块和第五模块； 所述第一判断模块，用于判断所述认知用户是否属于所述主用户保护区域，如果是则所述认知用户不进行频谱共享区域，否则进入所述第二判断模块；所述第二判断模块，用于判断所述认知用户是否属于时域频谱共享区域，如果是则所述认知用户进入所述时域频谱共享模块进行时域频谱共享，否则进入所述第三判断模块；所述第三判断模块，用于判断所述认知用户是否属于空时混合频谱共享区域，如果是则所述认知用户进入所述时域频谱共享模块进行时域频谱共享或进入所述空域频谱共享模块进行空域频谱共享，否则进入所述第四判断模块； 所述第四判断模块，用于判断所述认知用户是否属于功率受限制的空域频谱共享区域，如果是则所述认知用户进入所述空域频谱共享模块以低于限制功率的功率进行空域频谱共享，否则进入所述第五模块； 所述第五模块，用于所述认知用户进入所述空域频谱共享模块以任意功率进行空域频谱共享。
全文摘要
本发明公开了一种基于区域划分的空时频谱共享方法和系统，通过接收主用户和认知用户分别发送的主用户通信参数和认知用户通信参数；结合主用户通信参数和认知用户通信参数进行频谱共享区域的边界计算，将频谱共享区域划分为五个区域；根据认知用户通信参数判定每个认知用户属于频谱共享区域中的哪一区域，并根据判定结果采用相应的共享方式进行空时频谱的共享。本发明在认知无线网络中充分利用时域上的频谱机会，将空域频谱共享与时域频谱共享有机结合，从而进一步提升频谱利用效率，对频谱共享区域中的每个区域的边界进行计算方法，具有很强的实际操作价值。
文档编号H04W16/14GK103139785SQ201310039838
公开日2013年6月5日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者冯志勇, 张平, 李乾, 张奇勋, 马思思 申请人:北京邮电大学