无线电频谱管理设备、方法、系统以及次用户设备的制作方法
【专利摘要】本公开提供无线电频谱管理设备、方法、系统以及次用户设备，用于包括主系统和次系统的认知无线电系统，无线电频谱管理设备包括：路径损耗信息获取装置，用于根据次系统中各个次用户群组的位置变化信息，分别获取各个次用户群组在移动前的位置和在移动后的位置的路径损耗信息，其中，次用户群组包括一个或更多个次用户；以及频谱调整确定装置，用于基于各个次用户群组在移动前的位置和在移动后的位置的路径损耗信息的变化情况，确定对次用户群组的频谱使用的调整。本公开至少能够提高频谱资源的调整效率。
【专利说明】无线电频谱管理设备、方法、系统以及次用户设备
【技术领域】
[0001] 本公开涉及无线通信中的频谱资源的管理，尤其涉及一种用于包括主系统和次系 统的认知无线电系统的无线电频谱管理设备、方法、系统以及次用户设备。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信技术的发展，频谱资源越来越紧张。而在实际使用中，已分配的授权 频谱的资源利用率普遍不高，为此，当前普遍利用认知无线电技术来提高频谱实际使用率。 虽然认知无线电技术的引入可以改善频谱资源紧张的问题，但由于在相同频段下发射不同 的调制信号，认知用户（次系统中的次用户，SU)发出的信号对于同频段主用户（PU)有可能 产生干扰，因此需要建立认知系统算法核心服务器，使用先进的认知算法来确定各认知用 户的可用频谱(例如，工作频率、发射功率等)，以保证主用户的正常通信。例如，对于广播 电视频段的频谱资源，电视用户是授权的主用户，利用该频段通信的例如WIFI用户是次用 户，WIFI用户对于广播电视频段的频谱资源的使用需要保证不对电视用户造成有害影响。 然而，在次用户的位置发生变化时，目前的认知算法通常需要对所有的认知用户的频谱使 用进行重新配置以使其满足主用户的干扰容限，因此使得无线通信系统的配置效率较低。
【发明内容】
[0003] 在下文中给出了关于本公开的简要概述，以便提供关于本公开的某些方面的基本 理解。应当理解，这个概述并不是关于本公开的穷举性概述。它并不意图确定本公开的关 键或重要部分，也不意图限定本公开的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以 此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0004] 鉴于现有技术的上述缺陷，本公开的目的之一是提供一种用于包括主系统和次系 统的认知无线电系统的无线电频谱管理设备、方法、系统以及次用户设备，以至少克服现有 技术中的问题。
[0005] 根据本公开的一个实施例，提供一种无线电频谱管理设备，用于包括主系统和次 系统的认知无线电系统，所述无线电频谱管理设备包括：路径损耗信息获取装置，用于根据 所述次系统中各个次用户群组的位置变化信息，分别获取各个次用户群组在移动前的位置 和在移动后的位置的路径损耗信息，其中，所述次用户群组包括一个或更多个次用户；以及 频谱调整确定装置，用于基于各个次用户群组在移动前的位置和在移动后的位置的路径损 耗信息的变化情况，确定对次用户群组的频谱使用的调整。
[0006] 根据本公开的另一实施例，提供一种次用户设备，包括：通信装置，用于接收基于 所述次用户设备的路径损耗信息而确定的频谱调整信息，其中，所述次用户设备基于所述 频谱调整信息对其频谱使用进行调整，从而调整后的所述次用户设备的频谱使用满足主系 统的干扰容限。
[0007] 根据本公开的又一实施例，提供一种无线电频谱管理方法，用于包括主系统和次 系统的认知无线电系统，所述无线电频谱管理方法包括：根据所述次系统中各个次用户群 组的位置变化信息，分别获取各个次用户群组在移动前的位置和在移动后的位置的路径损 耗信息，其中，所述次用户群组包括一个或更多个次用户；以及基于各个次用户群组在移动 前的位置和在移动后的位置的路径损耗信息的变化情况，确定对次用户群组的频谱使用的 调整。
[0008] 根据本公开的另一实施例，提供一种次用户设备，包括：路径损耗信息获取装置， 用于根据所述次用户设备的预定目的地获取该预定目的地的预定范围内的路径损耗信息； 以及目标位置确定装置，用于基于所述路径损耗信息确定所述次用户设备的移动目标位 置，以使所述次用户设备在移动到所述移动目标位置后的频谱使用满足主系统的干扰容 限。
[0009] 根据本公开的又一实施例，提供一种无线电频谱管理系统，用于包括主系统和次 系统的认知无线电系统，所述无线电频谱管理系统包括无线电频谱管理设备和一个或更多 个次用户群组，其中所述无线电频谱管理设备，包括：路径损耗信息获取装置，用于根据所 述次系统中各个次用户群组的位置变化信息，分别获取各个次用户群组在移动前的位置和 在移动后的位置的路径损耗信息，其中，所述次用户群组包括一个或更多个次用户；以及频 谱调整确定装置，用于基于各个次用户群组在移动前的位置和在移动后的位置的路径损耗 信息的变化情况，确定对次用户群组的频谱使用的调整，包括要对其频谱使用进行调整的 次用户群组；所述无线电频谱管理设备还配置为发送与被确定为要对其频谱使用进行调整 的次用户群组有关的可用频谱信息；所述次用户群组中的每一个次用户设备包括接收装 置，用于接收所述可用频谱信息，并且所述次用户设备基于所述可用频谱信息对其频谱使 用进行调整，从而调整后的所述次用户设备的频谱使用满足主系统的干扰容限。
[0010] 另外，本公开的实施例还提供了用于实现上述无线电频谱管理方法的计算机程 序。
[0011] 此外，本公开的实施例还提供了相应的计算机可读存储介质，该计算机可读存储 介质上存储有用于实现所述上述无线电频谱管理方法的计算机程序代码。
[0012] 上述根据本公开实施例的无线电频谱管理设备、方法、系统和次用户设备至少能 够实现以下有益效果之一：能够提高频谱资源的调整效率，降低了系统开销。
[0013] 通过以下结合附图对本公开的最佳实施例的详细说明，本公开的这些以及其他优 点将更加明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 本公开可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所 有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的 详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本 公开的优选实施例和解释本公开的原理和优点。其中：
[0015] 图1是示意性地示出根据本公开实施例的无线电频谱管理设备的示例性结构框 图。
[0016] 图2是示意性地示出如图1所示的频谱调整确定装置的一种具体实现方式的示意 图。
[0017] 图3是示意性地示出如图1所示的频谱调整确定装置的另一种具体实现方式的示 意图。
[0018] 图4是示意性地示出了根据本公开实施例的无线电频谱管理设备的另一示例性 结构框图。
[0019] 图5是示意性地示出根据本公开实施例的频谱资源管理方法的流程图。
[0020] 图6a是示意性地示出根据本公开实施例的次用户设备的示例性结构框图。
[0021] 图6b是示意性地示出根据本公开实施例的次用户设备的另一示例性结构框图。
[0022] 图7是示意性地示出了根据本公开实施例的无线电频谱管理设备的另一示例性 结构的框图。
[0023] 图8是示意性地示出根据本公开另一实施例的次用户设备的示例性结构框图。
[0024] 图9是示出根据本公开实施例的无线电频谱管理系统的示意性结构框图。
[0025] 本领域技术人员应当理解，附图中的元件仅仅是为了简单和清楚起见而示出的， 而且不一定是按配比绘制的。例如，附图中某些元件的尺寸可能相对于其他元件放大了，以 便有助于提高对本公开实施例的理解。
【具体实施方式】
[0026] 在下文中将结合附图对本公开的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见， 在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施 例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符 合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有 所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开 内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。
[0027] 在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本公开，在附图中 仅仅示出了与根据本公开的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本公开 关系不大的其他细节。
[0028] 对于包括主系统和次系统的认知无线电系统，针对次系统中的次用户位置发生改 变，本公开提出一种基于次用户在移动前后的路径损耗的变化，确定要对其频谱使用进行 调整的无线电资源管理设备、方法、系统以及对应的次用户设备。根据本公开，主系统可以 是拥有许可频谱使用权的系统，通常包括主基站和主用户；相应地，次系统可以是没有许可 频谱使用权的系统，通常包括次基站和次用户；根据本公开的另一个实施例，主系统也可以 与次系统同时具有频谱使用权、但频谱使用优先级高于次系统的系统。主系统、次系统的概 念是本领域公知的，在此不再对其进行详细描述。
[0029] 图1是示意性地示出根据本公开实施例的频谱资源管理设备的示例性结构框图。
[0030] 如图1所示，根据本公开实施例的无线电频谱管理设备1用于包括主系统和次系 统的认知无线电系统，该无线电频谱管理设备1包括：路径损耗信息获取装置11，用于根据 次系统中各个次用户群组的位置变化信息，分别获取各个次用户群组在移动前的位置和在 移动后的位置的路径损耗信息，其中，次用户群组包括一个或更多个次用户；以及频谱调整 确定装置12,用于基于各个次用户群组在移动前的位置和在移动后的位置的路径损耗信息 的变化情况，确定对次用户群组的频谱使用的调整。
[0031] 根据本公开的优选实施例，根据各个次用户与预定参考点的距离和/或路径损耗 来划分次用户群组。根据本公开的实施例，可以由无线电频谱管理设备1来进行次用户群 组的划分。例如，各个次用户可以向无线电频谱管理设备1上报自己的位置和/或其发射 功率，然后无线电频谱管理设备1根据次用户的位置信息和/或发射功率信息划分次用户 群组群组并确定群组位置。
[0032] 具体而言，可以在次用户群组中确定具有代表性的次用户作为参考点，根据其他 次用户与该参考点的距离以及路径损耗的相似程度来划分次用户群组。代表性次用户可以 从地理位置(空间域）或路径损耗(功率域）等角度来进行选取，例如，可以选取某个区域中 心位置附近的次用户为代表性次用户或者选取某个路径损耗区间中值附近的次用户为代 表性次用户。
[0033] 例如，可以将与参考点的距离都小于在第一预定阈值并且到参考点的路径损耗均 小于第二预定阈值内的次用户划分为一个次用户群组。本领域技术人员可以理解，第一预 定阈值和第二预定阈值可以根据实际应用场景、次用户的性质等因素而预先设定，例如，第 一预定阈值应当远小于参考点到主系统的距离，第二预定阈值应当远小于参考点到主系统 的路径损耗。通过优选实施例，可以将彼此的实际物理位置(根据距离确定的）或虚拟位置 (根据路径损耗确定的）接近的多个次用户聚集在一起而视为同一个次用户群组，这样，在 次用户群组的位置发生变化而确定是否需要调整其频谱使用时，不必再分别计算所述多个 次用户对主系统造成的影响，而仅需计算各个群组整体对主系统造成的影响是否变化，从 而节省了系统开销。作为本发明的一个可选的实施例，也可以直接将每个次用户作为一个 次用户群组。例如在次用户数量较少的情况下，这样可以节约用于划分次用户群组的计算 资源。进一步的，随着次用户数量的增加，可以将多个次用户群组合并而得到更少的次用户 群组。因此，在本公开的认知无线电系统中，次用户群组可以包括一个或更多个次用户。 [0034] 根据本公开，在次用户群组包括一个次用户的情况下，次用户群组的位置指的是 次用户所在的位置；在次用户群组包括两个以上次用户的情况下，次用户群组的位置指的 是对应多个位置的多个次用户形成的群组的位置。例如，可以将一个次用户群组中所有次 用户的几何中心的位置作为该次用户群组的位置。但是本发明不限于此，根据本发明的优 选实施例，还可以针对每个次用户群组确定一个参考点(例如初始用于确定群组成员的参 考点)，根据各个次用户与该参考点之间的距离以及各个次用户在该次用户群组中的权重， 来确定次用户群组的位置。次用户在次用户群组中的权重例如可以根据次用户的发射功率 来确定。例如，为发射功率较大的次用户分配较高的权重，而为发射功率较低的次用户分配 较低的权重。
[0035] 次用户所在位置的路径损耗信息包括次用户在该位置时到主系统的路径损耗。根 据本公开的一个实施例，第一位置的路径损耗信息可以由无线电频谱管理设备1的路径损 耗信息获取装置11根据接收到的第一位置上的次用户群组的信号获取。
[0036] 在一个优选的实施例中，路径损耗信息获取装置11根据次用户群组中的代表次 用户发射的信号而获取该群组所在的第一位置的路径损耗信息。次用户群组的代表次用户 可以例如是群组中距离第一位置最近的次用户，或者综合考虑与第一位置的距离和发射功 率的大小而确定的最有代表性的次用户。
[0037] 在一个具体的实现方式中，可以是代表次用户在向无线电频谱管理设备发送其位 置信息后，根据接收到的无线电频谱管理设备1反馈的信号接收功率及该信号中包含的发 射功率，计算得到路径损耗信息，并将此路径损耗信息发送给无线电频谱管理设备1 (优选 的，与下一次发送位置信息同时进行)，从而无线电频谱管理设备1的路径损耗信息获取装 置11可以根据接收到的次用户群组的信号而获取第一位置的路径损耗信息。在另一个具 体的实现方式中，代表次用户发送的包含其位置信息的信号中还包含该次用户信号发射功 率信息，无线电频谱管理设备1的路径损耗信息获取装置11根据接收到的次用户信号的接 收功率以及发射功率，可以确定该次用户群组所在的第一位置的路径损耗信息。
[0038] 本发明获取各个位置的路径损耗信息是为了便于对次系统在各个位置上对主系 统的干扰进行快速估计，因此优选的上述路径损耗信息是各个位置到主系统的路径损耗。 在此情况下，无线电频谱管理设备1优选位于主系统附近。在一个可选的实现方式中，无线 电频谱管理设备1可以与主系统分离，但通常将测得的路径损耗换算为到主系统的路径损 耗。
[0039] 根据本公开的另一个实施例，无线电频谱管理设备1还可以通过无线电波传播 模型对各个位置的路径损耗进行估算来预先得到各个位置到主系统的路径损耗。根据 本公开，可以利用的无线电波传播模型包括：Okumura-Hata模型、COST-23lHata模型、 C0ST231-Walfisch_Ikegami模型等等。
[0040] 为了在认知无线电（CR)场景下进行更准确的信道估计，本公开提出一种适于CR 场景下的信道模型。本发明人通过分析路径损耗，发现路径损耗PL(dB)与接收设备和无 线设备距离d(在本公开中，例如是无线电频谱管理设备1与各个次用户群组或者次用户之 间的距离）以及频率f?相关并且和它们的对数呈现正比关系。据此，根据本公开的优选实施 例的信道模型可以以如下公式（1)表示：
【权利要求】
1. 一种无线电频谱管理设备，用于包括主系统和次系统的认知无线电系统，所述无线 电频谱管理设备包括： 路径损耗信息获取装置，用于根据所述次系统中各个次用户群组的位置变化信息，分 别获取各个次用户群组在移动前的位置和在移动后的位置的路径损耗信息，其中，所述次 用户群组包括一个或更多个次用户；以及 频谱调整确定装置，用于基于各个次用户群组在移动前的位置和在移动后的位置的路 径损耗信息的变化情况，确定对次用户群组的频谱使用的调整。
2. 根据权利要求1所述的无线电频谱管理设备，其中，所述路径损耗信息获取装置被 配置为根据各个次用户群组的位置变化信息，从预定的路径损耗数据库中分别获取各个次 用户在移动前的位置和在移动后的位置的路径损耗信息。
3. 根据权利要求1或2所述的无线电频谱管理设备，其中所述频谱调整确定装置包 括： 频谱调整用户确定单元，用于基于各个次用户群组在移动前的位置和移动后的位置的 路径损耗信息的变化情况，在次用户群组在移动前的位置和移动后的位置对于主系统的聚 合干扰之差大于第一阈值的情况下，将该次用户群组确定为需要对其频谱使用进行调整的 次用户群组。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的无线电频谱管理设备，其中所述次用户群组根据 各个次用户与预定参考点的距离和/或路径损耗相似度来划分。
5. 根据权利要求4所述的无线电频谱管理设备，其中所述频谱调整确定装置还包括： 计算单元，用于针对确定为需要对其频谱使用进行调整的次用户群组中的至少一个次 用户，根据每个次用户的路径损耗信息，计算所述主系统对其可容忍的最大发射功率，以根 据所述最大发射功率，确定对该次用户的发射功率的调整。
6. 根据权利要求5所述的无线电频谱管理设备，其中所述计算单元被配置为：还基于 根据各个次用户与所述主系统之间的位置关系而确定的优先级，计算被确定为需要对其频 谱使用进行调整的次用户群组中的次用户的最大发射功率。
7. 根据权利要求3-6中任一项所述的无线电频谱管理设备，其中所述频谱调整用户确 定单元还被配置为：在所述次系统仅包括一个次用户群组的情况下，当所述次用户群组在 移动前的位置和移动后的位置的路径损耗之差大于预定损耗差时，将该次用户群组确定为 需要对其频谱使用进行调整的次用户群组。
8. 根据权利要求2所述的无线电频谱管理设备，其中所述无线电频谱管理设备还包 括： 接收装置，用于从次用户接收包含位置信息以及发射功率信息的信号；以及 路径损耗更新装置，用于根据所述接收装置接收所述信号的接收功率与该信号中包含 的发射功率信息，计算所述次用户所在的位置的路径损耗，并根据所计算的路径损耗对所 述路径损耗数据库进行更新。
9. 根据权利要求8所述的无线电频谱管理设备，其中所述路径损耗更新装置还配置为 基于更新后的路径损耗，估计具有更新后的路径损耗的位置附近的其他位置的路径损耗， 并利用所估计的路径损耗对所述路径损耗数据库进行更新。
10. 根据权利要求1-9中任一项所述的无线电频谱管理设备，其中所述路径损耗信息 获取装置还配置为根据所述次用户设备的移动目的地获取该移动目的地的预定范围内的 路径损耗信息，所述无线电频谱管理设备还包括目标位置确定装置，用于基于该移动目的 地的预定范围内的路径损耗信息，确定所述次用户设备的移动目标位置，以使次用户设备 在移动到所述移动目标位置后的频谱使用满足主系统的干扰容限。
11. 一种次用户设备，包括： 通信装置，用于接收基于所述次用户设备的路径损耗信息而确定的频谱调整信息， 其中，所述次用户设备基于所述频谱调整信息对其频谱使用进行调整，从而调整后的 所述次用户设备的频谱使用满足主系统的干扰容限。
12. 根据权利要求11所述的次用户设备，其中，所述通信装置还被配置为接收无线电 频谱管理设备发送的包含发射功率信息的信号，所述次用户设备还包括路径损耗计算装 置，被配置为根据接收的所述信号的接收功率与所述发射功率信息，计算所述次用户设备 所在位置的路径损耗信息，以及所述通信装置将该所在位置的路径损耗信息发送至无线电 频谱管理设备。
13. 根据权利要求11所述的次用户设备，其中，所述通信装置还被配置为向无线电频 谱管理设备发送包含所述次用户设备的位置信息以及发射功率信息的信号，以便该无线电 频谱管理设备接收并计算所述次用户设备所在位置的路径损耗信息。
14. 一种无线电频谱管理方法，用于包括主系统和次系统的认知无线电系统，所述无线 电频谱管理方法包括： 根据所述次系统中各个次用户群组的位置变化信息，分别获取各个次用户群组在移动 前的位置和在移动后的位置的路径损耗信息，其中，所述次用户群组包括一个或更多个次 用户；以及 基于各个次用户群组在移动前的位置和在移动后的位置的路径损耗信息的变化情况， 确定对次用户群组的频谱使用的调整。
15. 根据权利要求14所述的无线电频谱管理方法，其中，获取路径损耗信息的步骤包 括：根据各个次用户群组的位置变化信息，从预定的路径损耗数据库中分别获取各个次用 户在移动前的位置和在移动后的位置的路径损耗信息。
16. 根据权利要求14或15所述的无线电频谱管理方法，其中确定要对其频谱使用进行 调整的次用户群组的步骤包括：基于各个次用户群组在移动前的位置和移动后的位置的路 径损耗信息的变化情况，在次用户群组在移动前的位置和移动后的位置对于主系统的聚合 干扰之差大于第一阈值的情况下，将该次用户群组确定为需要对其频谱使用进行调整的次 用户群组。
17. 根据权利要求16所述的无线电频谱管理方法，其中确定要对其频谱使用进行调整 的次用户群组的步骤还包括：针对确定为需要对其频谱使用进行调整的次用户群组中的至 少一个次用户，根据每个次用户的路径损耗信息，计算所述主系统对其可容忍的最大发射 功率，以根据所述最大发射功率，确定对该次用户的发射功率的调整。
18. 根据权利要求16或17所述的无线电频谱管理方法，其中确定要对其可用频谱进行 调整的次用户群组的步骤包括：在所述次系统仅包括一个次用户群组的情况下，当所述次 用户群组在移动前的位置和移动后的位置的路径损耗之差大于预定损耗差时，将该次用户 群组确定为需要对其频谱使用进行调整的次用户群组。
19. 一种次用户设备，包括： 路径损耗信息获取装置，用于根据所述次用户设备的预定目的地获取该预定目的地的 预定范围内的路径损耗信息；以及 目标位置确定装置，用于基于所述路径损耗信息确定所述次用户设备的移动目标位 置，以使所述次用户设备在移动到所述移动目标位置后的频谱使用满足主系统的干扰容 限。
20. 根据权利要求19所述的次用户设备，其中，所述目标位置确定装置被配置为基于 所述路径损耗信息，确定在所述预定范围内、其路径损耗与所述次用户设备当前位置的路 径损耗之差小于第二阈值的位置作为所述次用户设备的移动目标位置。
21. -种无线电频谱管理系统，用于包括主系统和次系统的认知无线电系统，所述无线 电频谱管理系统包括无线电频谱管理设备和一个或更多个次用户群组，其中 所述无线电频谱管理设备包括： 路径损耗信息获取装置，用于根据所述次系统中各个次用户群组的位置变化信息，分 别获取各个次用户群组在移动前的位置和在移动后的位置的路径损耗信息，其中，所述次 用户群组包括一个或更多个次用户；以及 频谱调整确定装置，用于基于各个次用户群组在移动前的位置和在移动后的位置的路 径损耗信息的变化情况，确定对次用户群组的频谱使用的调整，包括确定要对其频谱使用 进行调整的次用户群组； 所述无线电频谱管理设备还配置为发送与被确定为要对其频谱使用进行调整的次用 户群组有关的可用频谱信息； 所述次用户群组中的每一个次用户设备包括通信装置，用于接收所述可用频谱信息， 并且所述次用户设备基于所述可用频谱信息对其频谱使用进行调整，从而调整后的所述次 用户设备的频谱使用满足主系统的干扰容限。
【文档编号】H04W16/10GK104519494SQ201310452823
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】李松朋, 赵友平 申请人:索尼公司