一种基于认知无线电的频谱动态自分配共享方法与流程

本发明涉及无线通信，尤其涉及一种基于认知无线电的频谱动态自分配共享方法。

背景技术：

1、随着信息时代的飞速发展，移动互联网、物联网、无人驾驶、机器人等新兴技术和服务不断涌现，各类智能终端持续普及，新型无线多媒体业务量呈现爆炸式增长，无线数据业务的快速增长带来了频谱需求的迅猛增长，人类对电磁频谱的依赖越来越强烈，频谱作为国家战略资源已经深入到人类生活的各个方面。而频谱资源是有限的，频谱稀缺问题日益突出，频谱不足现象日益严重。电磁环境日益复杂，干扰日益严重，特别是在大城市。

2、现有技术中，通过频谱共享可以有效解决频谱供需矛盾、提高频谱使用效率。基于认知无线电的频谱共享技术是较好的解决方案：多个用户采用认知通信共享某个频段，通信方实时监测该段频谱，判断某个频段(点)是否正在使用，占用或快速转移(用频冲突时)到未使用频段(点)而不与其它用户发生干扰的用频模式。认知无线电的核心思想即利用动态频谱接入技术使得认知用户可以在频谱空闲的情况下使用频谱资源，进而避开干扰，提高频谱利用率。在认知无线电系统中，首要的一个环节就是认知用户对周围的无线电环境进行感知，通过频谱感知获取空间或时间上的频谱信息，进行相应的分析处理，进而识别出在某一频段及时间内可用的频谱，即频谱空洞，从而为认知用户的接入提供机会。认知用户需要通过频谱感知技术，区分出监测频段内是在用信号还是噪声，从而判断出这一频段是否有其它户正在使用。作为通信而言，除了要知道己方的“频谱空穴”，还需要知道对方的“频谱空穴”，由于通信双方一般相隔很远，要想从本地感知对方的“频谱空穴”是不可能的。所以，感知“频谱空穴”比较可行的办法是把己方感知的“频谱空穴”信息设法传递到对方去，实现“频谱空穴”感知信息的交换和共享，并通过认知协议来实现。然而，现有技术中的方法都采用了检测并使用空闲频点来保证自己的通信，但没有考虑、关注自己的通信对其它用户的影响，即，没有制定退出当前在用频点的规则(包括退出规则及退出时间的规定)，这会给其它用户的通信带来影响，会干扰授权用户的正常使用，因此，包括用户在一个较宽的频段内使用、并且该频段已授权给该用户的情况在内，现有的基于认知通信的频谱共享只能在特定的公共频段内使用。

3、综上，基于认知无线电的频谱共享方法，只能在特定的公共频段内使用，存在通信频段窄、干扰已授权用户正常使用的问题。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于认知无线电的频谱动态自分配共享方法，用以解决现有的认知无线电的频谱共享方法，只能在特定的公共频段内使用，存在通信频段窄、干扰已授权用户正常使用的问题。

2、本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

3、本发明实施例提供了一种基于认知无线电的频谱动态自分配共享方法，包括如下步骤：

4、s1、通信方1和通信方2分别进行频谱感知、查找频谱空穴，并分别建立频谱空穴数据库；

5、s2、利用自分配算法，使双方具有一致的频谱空穴排序；基于约定的重点频率以及所述频谱空穴排序，双方在所述频谱空穴数据库中自动寻找无干扰的信道建立通信；

6、s3、通信方1和通信方2分别基于预先建立的通信规则进行通信和频谱检测；若经过频谱检测，判定当前通信信道已失效，则断开通信，返回步骤s2；否则，继续使用当前信道进行通信和频谱检测；所述频谱检测还用于更新所述频谱空穴数据库。

7、基于上述方法的进一步改进，所述频谱检测，包括：

8、监测其它频段的通信信道，对所述频谱空穴数据库进行动态更新和排序；

9、监测、判断当前通信信道是否出现干扰，并判断当前信道通信质量是否下降到预设程度；

10、若当前通信信道已出现干扰，且干扰信号的功率达到阈值时，则判定当前通信信道已失效；或当前信道通信质量已下降到预设程度时，则判定当前通信信道已失效；否则，判定当前通信信道有效。

11、基于上述方法的进一步改进，当前信道通信质量已下降到预设程度，指当前信道的通信误码率已超过预设值以上；所述干扰信号的功率阈值的取值范围为3～6db。

12、基于上述方法的进一步改进，所述通信规则，包括：

13、所述通信方1，按照通信发送-静默-通信接收-静默的方式，与所述通信方2进行循环通信；与此同时，

14、所述通信方2，按照通信接收-静默-通信发送-静默的方式，与所述通信方1进行循环通信；其中，

15、所述通信方1的通信发送阶段、静默阶段和通信接收阶段，分别与所述通信方2的通信接收阶段、静默阶段和通信发送阶段一一对应。

16、基于上述方法的进一步改进，所述通信规则，还包括：

17、对于所述通信方1和通信方2中的任一方，当其处在通信接收阶段时，同时进行所述频谱检测；

18、对于所述通信方1和通信方2中的任一方，当其处在静默阶段时，同时进行所述频谱检测。

19、基于上述方法的进一步改进，所述通信规则，还包括：

20、对于所述通信方1和通信方2中的任一方，其通信发送阶段不超过16ms；

21、对于所述通信方1和通信方2中的任一方，其静默阶段不超过4ms；

22、对于所述通信方1和通信方2的发送阶段、接收阶段、静默阶段的时间同步误差不大于100us。

23、基于上述方法的进一步改进，所述频谱空穴，指的是频率谱线幅度小于门限的频率；其中，所述门限基于频谱的底噪来获得。

24、基于上述方法的进一步改进，建立频谱空穴数据库，包括：

25、记录频谱空穴的频率、出现时间和结束时间；

26、通过将结束时间减去出现时间，计算得到频谱空穴的驻留时间；

27、将频谱空穴的频率和驻留时间存储到本地数据库，构建得到所述频谱空穴数据库。

28、基于上述方法的进一步改进，所述利用自分配算法，使双方具有一致的频谱空穴排序，包括：

29、通信方1和通信方2预先指定一方是主台，另一方是从台；

30、通信过程中从台将其当前的频谱空穴发送给主台，由主台依据双方当前频谱空穴及频谱空穴数据库中的历史频谱空穴的驻留时间计算得到频谱空穴排序；

31、主台下发频谱空穴排序至从台，使得主台和从台的频谱空穴排序一致。

32、基于上述方法的进一步改进，在所述频谱空穴数据库中自动寻找无干扰的信道建立通信，包括：

33、通信方1和通信方2先按照约定的重点频率，后按照当前的频谱空穴排序频率，依次寻找无干扰的频率，即信道，建立通信；其中，约定的重点频率是通信双方预先约定的频率，在进行频谱感知之前，已经存储于频谱空穴数据库中。

34、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

35、1、本发明专利提出了一种高效的频谱资源动态自分配方法，通过采用非协作、自控制模式，研究制定了认知通信算法和规则，解决了频谱冲突问题，适应性更广，可以在更广泛的频段内应用，能更好地提高频谱使用效率，以解决当前频谱供需紧张的矛盾。

36、2、在规则约束下不影响其它用户的使用，具备更高的可行性和推广价值。

37、3、提高通信的可靠性，当通信频率(频段)受到干扰时，能找到更多的可用频率以保障通信的顺利进行。

38、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。