一种动态频谱管理系统和方法与流程

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种动态频谱管理系统和方法。

技术背景

当前，用频装备主要还是采用固定频率指配方式，频率一经指配就长期占用，从而造成一方面频谱资源日趋紧张，另一方面分配出去的频谱利用率低所形成的不可调和矛盾。此外，现行的频率使用方式还存在着频率用户与频谱管理是基本脱节的、频率指配与频谱感知也是脱节的等问题，频率指配很难实现用户频率实时更换，用户使用的频率也很难实时地得到频谱感知数据的支持，在频率使用中不能在频率指配的源头上杜绝互扰问题。加之，固定频率指配方式中，频率一经指配，其使用情况、网络通联情况频管人员很难直观掌握，无法及时对整个地域频谱使用进行调整。CN 203720360U公开了“一种带GPRS无线通信的北斗模块”，包括GPS/北斗定位模块、集成于GPS/北斗定位模块上的GPRS无线通信单元、与GPS/北斗定位模块连接且用于供电的电源管理单元、分别与电源管理单元连接且用于实现信号收发的射频电路单元和用于定位计算的加速度传感器，所述GPS/北斗定位模块与加速度传感器连接，所述GPS/北斗定位模块与射频电路单元连接。其优点是，GPS/北斗定位模块具有无线通信功能，整个模块体积小，电路简单；该北斗模块设有外扩功能接口，能给用户提供所需的外围接口电路，具备打印、显示和摄像头等扩展功能。同时带有加速度传感器定位功能，实现了GPS/北斗双模功能，功能完善，体积小，功耗小。

CN 102595420B公开了“一种动态频谱管理系统和方法”。包括：授权系统管理模块与有信令交互通道的授权系统进行信令交互，获取授权系统的可供分配空闲频谱信息；认知无线电系统管理模块与认知无线电系统进行信令交互，获取认知无线电系统检测出的空闲频谱信息，接收认知无线电系统的频率申请和把分配的频率通知给认知无线电系统；干扰评估模块根据频谱数据库中的空闲频谱信息，评估各认知无线电系统占用各授权系统的各空闲频谱时对各授权系统的干扰；频谱分配模块根据干扰评估结果、空闲频谱信息及认知无线电系统的频率需求为认知无线电系统分配授权系统的空闲频谱。应用本发明能够实现多个授权系统与多个认知无线电系统高效、公平、可靠的动态共享频谱资源。毫无疑问，这是所述技术领域的一种有益的尝试。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种动态频谱管理系统，该系统基于无线通信系统，实时传输用户频率需求，实时对用频装备客户端指配可用频率，待用频装备任务完成后对频率进行释放,解决了频谱资源浪费、利用率低的问题，并实现了频谱管理和频谱感知的有机结合。本发明还提供这种动态频谱管理方法。

本发明所述的一种动态频谱管理系统，包括：频谱服务中心和用频装备客户端两部分。所述的频谱服务中心包括：频谱服务器和中心无线通信模块。所述的频谱服务器包括：动态频谱管理软件和频谱服务数据库，频谱服务数据库包括频率指配数据、频谱感知数据、频率划分数据、有效频谱池和传播模型库等。所述的用频装备客户端包括：控制单元和客户端无线通信模块。用频装备与连接控制单元，控制单元嵌入用频装备进行实时换频，或者人工实时换频，控制单元和客户端无线通信模块相互连接，客户端无线通信模块与中心无线通信模块通过卫星信道或其他无线信道实现信号传递，中心无线通信模块和频谱服务器连接，频谱服务器接收频谱感知网络的数据。

具体地，所述的客户端无线通信模块和中心无线通信模块的选取包括北斗通信模块或其他无线信道模块。

一种动态频谱管理系统的工作方法，具体的工作方法包括：

第一步，用频装备需要使用频率时，发送请求至用频装备客户端。用频装备客户端根据用频装备型号，通过无线通信模块向频谱服务中心上报用频申请报文；所述的用频申请报文包括装备ID号、装备型号、台站经纬度、通信对端信息。

第二步，频谱服务中心守听各用户上报的用频申请报文，根据申请计算出可用工作频率，并及时将动态频谱管理辅助决策的指令通过无线通信模块向各用户或所有相关用户下发频率指配报文；所述的频率指配报文包括装备ID号、使用频点、占用带宽；所述的频谱服务中心根据用频申请报文中的信息，实时指配通信频率和链路。

第三步，用频装备客户端收到频率指配报文后，用频装备自动或人工设定在指配频点工作；若在指配频点用频装备正常工作，则向频谱服务中心发送频率可用报文，在有效频谱池中将该频点标记为已指配；若在指配频点不能正常工作，则用频装备客户端再次进行频率申请工作，直至获得可用频点。

第四步，用频装备任务完成后，用频装备客户端通过无线通信模块向频谱服务中心发送频率释放报文,并在有效频谱池中将该频点恢复为可指配。

所述的动态频谱管理辅助决策是动态频谱管理软件通过动态频率指配算法，参照申请用户的用频参数、用频规则、有效频谱池数据以及用频装备数据对频率进行指配。

所述的动态频率指配算法是根据用户优先等级和用频规则，从有效频谱池中自动选择对应等级的频谱资源进行指配；动态频率的指配是用频装备客户端和频谱服务中心通过动态频谱管理协议实现；所述的动态频谱管理协议包含频率申请参数、用户经纬度、通信对端信息，具有报文类型判断、用户认证、状态确认功能。

具体地，频谱服务中心指配通信频率和链路后，在电子地图上标记对应链路；频谱服务中心收到用频装备客户端发出的频率可用报文后，在电子地图上标注对应链路的使用状态；频谱服务中心收到频率释放报文后，在电子地图上将对应链路和台站图标删除。

具体地，频谱服务数据库包含频率指配数据、频谱感知数据、频率划分数据、有效频谱池和传播模型库，并将当前频谱资源划分情况、占用情况、空闲情况的态势信息通过报表、饼图、频谱图的形式实时显示。

本发明能够实时传输用户频率需求，频谱服务中心根据频率使用情况实时对用频装备客户端指配可用频率，待用频装备任务完成后对频率进行释放。频谱服务中心与频谱监测网络、电离层探测网络等频谱感知系统连接，在频谱服务数据库中自动更新可用频谱资源作为有效频谱池，动态指配频率点，优化利用频谱资源，提高了频率的利用率，同时实现了动态频谱管理与频谱感知有机结合。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明通信流程图；

图3是动态频谱管理软件的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

本发明通过北斗通信模块的短报文交互功能实现用户与频谱服务中心的“频率需求-频率指配”动态频谱管理。动态频谱管理系统根据不同地域、不同网络或者不同部门各自建立，各个频谱服务中心既可以独立运行，也可以组成网络进行运行。

参见图1所示的一种动态频谱管理系统，包括：频谱服务中心1和用频装备客户端2两部分。所述的频谱服务中心1包括：频谱服务器3和中心无线通信模块4。所述的频谱服务器3包括：动态频谱管理软件和频谱服务数据库。所述的用频装备客户端2连接用频装备包括：控制单元5和客户端无线通信模块6。用频装备8与控制单元5连接，控制单元5和客户端无线通信模块6相互连接，客户端无线通信模块6与中心无线通信模块4通过卫星7实现信号传递，中心无线通信模块4和频谱服务器3连接，频谱服务器3接收频谱感知网络9的数据。

具体地，所述的客户端无线通信模块6和中心无线通信模块4的选取包括北斗通信模块，不但能够获取用频装备8自身经纬度信息，还能够通过北斗卫星通信系统短报文功能向频谱服务中心1上报使用频率申请的短报文。

如图1为一种动态频谱管理系统的工作方法，具体的工作方法包括：

第一步，用频装备8需要使用频率时，发送请求至用频装备客户端2；用频装备客户端2根据用频装备型号，通过无线通信模块向频谱服务中心1上报用频申请报文；所述的用频申请报文包括装备ID号、装备型号、台站经纬度、通信对端信息。

第二步，频谱服务中心1守听各用户上报的用频申请报文，根据申请计算出可用工作频率，并及时将动态频谱管理辅助决策的指令通过无线通信模块向各用户或所有相关用户下发频率指配报文；所述的频率指配报文包括装备ID号、使用频点、占用带宽；所述的频谱服务中心1根据用频申请报文中的信息，实时指配通信频率和链路。

第三步，用频装备客户端2收到频率指配报文后，用频装备8自动或人工设定在指配频点工作；若在指配频点用频装备能够正常工作，则向频谱服务中心1发送频率可用报文，在有效频谱池中将该频点标记为已指配；若在指配频点不能正常工作，则用频装备客户端2再次进行频率申请工作，直至获得可用频点。

第四步，用频装备8任务完成后，用频装备客户端2通过无线通信模块向频谱服务中心1发送频率释放报文,并在有效频谱池中将该频点恢复为可指配。

动态频谱管理辅助决策是动态频谱管理软件通过动态频率指配算法，参照申请用户的用频参数、用频规则、有效频谱池数据以及用频装备数据对频率进行指配。

动态频率指配算法是根据用户优先等级和用频规则，从有效频谱池中自动选择对应等级的频谱资源进行指配；动态频率的指配是用频装备客户端2和频谱服务中心1通过动态频谱管理协议实现。所述的动态频谱管理协议包含频率申请参数、用户经纬度、通信对端信息，具有报文类型判断、用户认证、状态确认功能。

具体地，频谱服务中心1指配通信频率和链路后，在电子地图上标记对应链路；频谱服务中心1收到用频装备客户端2发出的频率可用报文后，在电子地图上标注对应链路的使用状态；频谱服务中心1收到频率释放报文后，在电子地图上将对应链路和台站图标删除。

具体地，频谱服务数据库包含频率指配数据、频谱感知数据、频率划分数据、有效频谱池和传播模型库，并将当前频谱资源划分情况、占用情况、空闲情况的态势信息通过报表、饼图、频谱图的形式实时显示。

在频谱服务中心1，动态频谱管理软件根据用频规则、频段占用情况，自动排除已占用频点、干扰频点、保护频点，再结合频谱监测网络、电离层探测网络等频谱感知系统实时监测频谱使用的情况，给出使用频率建议，发给申请用户和相关用户，从而实现选频辅助决策。

如图2所示，系统通信流程为“客户端申请频率——服务中心指配频率——客户端使用最佳频率工作——客户端任务完成发出释放频率信息——服务中心频率回收——服务中心更新有效频谱池”。

图3是动态频谱管理软件的流程图。

初始阶段，动态频谱管理软件处于守听用户报文状态；当收到报文时，首先进行用户身份认证；通过认证后，软件判断收到的报文类型。

若软件判断收到的报文为频率申请报文，则解析报文中的频率申请参数，并根据动态频率指配算法，从有效频谱池中选择可用频率，生成频率指配报文向相关用户发送；并在服务端电子地图上标记链路；同时在服务端有效频谱池数据库中将该频率标记为“已指配”；然后，软件重回守听用户报文状态。

若软件判断收到的报文为频率可用报文，则在服务端电子地图上标注该链路状态为“正常”,在服务端有效频谱池数据库中将该频率标记为“正常使用中”；然后，软件重回守听用户报文状态。

若软件判断收到的报文为频率释放报文，则在服务端电子地图上将该链路删除，并在服务端有效频谱池数据库中将该频率恢复为“可指配”；然后，软件重回守听用户报文状态。

在软件运行过程中，软件可自动或手动通过频谱感知网络获取频谱感知数据，并根据频谱感知数据，实时更新有效频谱池数据库，将超过门限值的频率点在有效频谱池数据库中删除。