CN102547718B - 基于最大空间优先的离散频谱聚合方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于最大空间优先的离散频谱聚合方法，包括以下步骤：S1：通过对工作频谱的感知，获取频谱可用状态；S2：对频谱上连续可使用频带进行标识，得到频带长度最长的可使用频带；S3：计算用户发送数据需要的频段数，得到所需频段数最大的用户；S4：所述所需频段数最大的用户优先使用所述频带长度最长的可使用频带；S5：更新所需频段数最大的用户和频带长度最长的可使用频带，转到步骤S4，直到所需频段数为0或所有可使用频带无法满足所需频段数最小的用户的业务需求。本发明由于减少了频段间的保护间隔开销，从而提高了***频谱利用效率。

Description

基于最大空间优先的离散频谱聚合方法

技术领域

本发明涉及认知无线电技术领域，尤其涉及一种基于最大空间优先的离散频谱聚合方法。

背景技术

无线频谱是一种极其珍贵的资源，随着无线通信技术的高速发展和人们对无线业务需求的增加，频谱资源稀缺问题越来越严重，而研究表明当前授权频谱的频谱利用率却非常低。认知无线电是一种通过感知频谱然后进行动态的频谱资源分配的技术，其目标在于从时间、空间和频率等多维度实现对频谱资源的重复利用和共享，从而极大地提高了频谱利用效率。

在实际通信条件下，可用频谱往往是不连续的，即离散频谱条件。例如，电力230MHz无线通信模式简称230专网，即采用数传电台，在国家无线电委员会电力负荷控制批准的230MHz频段范围内专用的15对双工频点和10对单工频点构建的电力专用无线通信***。

根据国无管[1991]5号文件，“将223.025～235.000MHz作为遥测、遥控、数据传输等业务使用的频段，其中229.0～235.0MHz频段在北京地区用于射电天文业务，其它业务不得对其产生有害干扰。”频带间隔为25kHz，必要带宽小于16Khz，因此，在工作频点间至少预留了9kHz的保护间隔。这部分频带可用电力、石油、军队、气象、轻工等部委及业余电台等也可使用该频带。

根据这一情况，在离散频谱(如230MHz电力频段)上，可以采用OFDM的方式，在一个25kHz的频带上设计多个子载波，将多个空闲的频带聚合起来承载较多子载波，进行通信。需要说明的是，一个频带同一时间只可由一个用户使用。此外，本文所述”频段”是国家相关规范性文件定义的，按照频分方式分配给一个终端使用的一小段频率。本文所述“频带”是由进行频谱聚合后、一个或多个连续可使用频段组成的一段频率。

为了兼容原有***，需要在不同频带间预留保护间隔。该保护间隔长度符合相关标准和要求，如国无管[1991]5号文件要求。图1给出了频段、保护间隔、子载波的关系。用户1、2、3可以分别使用不同的频带进行OFDM，因此，不同的聚合方法，存在着保护间隔数量多少的问题，直接影响到了频谱使用效率。

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：提供一种基于最大空间优先的离散频谱聚合方法，以减少频段间的保护间隔开销，提高***频谱利用效率。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种基于最大空间优先的离散频谱聚合方法，包括以下步骤：

S1：通过对工作频谱的感知，获取频谱可用状态；

S2：对频谱上连续可使用频带进行标识，得到频带长度最长的可使用频带；

S3：计算用户发送数据需要的频段数，得到所需频段数最大的用户；

S4：若所有可使用频带的频段数无法满足所述所需频段数最大的用户的业务需求，则不再对该所需频段数最大的用户业务进行频带分配，而是选择下一个所需频段数较大的用户取代所述所需频段数最大的用户，转到步骤S5；

否则：所述所需频段数最大的用户优先使用所述频带长度最长的可使用频带：

若所述频带长度最长的可使用频带的频段数大于等于所述所需频段数最大的用户需要的频段数，则将所述频带长度最长的可使用频带中对应的频段标识为已被使用，并重新计算该可使用频带的长度；

若所述频带长度最长的可使用频带的频段数小于所述所需频段数最大的用户需要的频段数，则将所述频带长度最长的可使用频带标识为已被使用，将该可使用频带的长度置零，重新计算所述所需频段数最大的用户剩余的所需频段数；

S5：更新所需频段数最大的用户和频带长度最长的可使用频带，转到步骤S4，直到所需频段数为0、或所有可使用频带无法满足所需频段数最小的用户的业务需求。

优选地，所述频谱可用状态包括但不限于频带是否空闲、空闲几率、平均空闲时长、用户到目标基站或网关的信噪比、以及用户需要的发送速率。

优选地，单个频带同时只能被一个用户使用。

优选地，初始化阶段时，设工作频谱分为N个连续频带，分别供M个用户使用，所述离散频谱聚合方法具体包含以下步骤：

S101：通过对工作频谱的感知，获取频谱上N个连续频带的使用状态；

S102：根据频谱使用情况，建立频段使用列表{AV_i}标识频段是否可以使用，其中i∈[1，N]为频段标识编号；

S103：对频谱上连续可使用频带FS_k(k≥1)进行标识，得到频带长度最长的可使用频带Max(FS_k)；

S104：计算频带连续情况下用户发送数据需要的频段数Demand_j，其中j∈[1，M]为用户编号，得到所需频段数最大的用户；

S105：若所有可使用频带FS_k的频段数无法满足所述所需频段数最大的用户的业务需求，则不再对该所需频段数最大的用户业务进行频带分配，转到步骤S106；

否则：所述所需频段数最大的用户优先使用所述频带长度最长的可使用频带Max(FS_k)：

若所述频带长度最长的可使用频带Max(FS_k)的频段数大于等于所述所需频段数最大的用户所需频段数Max(Demand_i)，则在频带使用列表{AV_i}中标识对应频段已被所述所需频段数最大的用户使用，并重新计算该频带的长度；

若所述频带长度最长的可使用频带Max(FS_k)的频段数小于所述所需频段数最大的用户所需频段数Max(Demand_i)，则在频带使用列表{AV_i}中标识对应频段已被所述所需频段数最大的用户使用，将该频带的长度置为零，并重新计算所述所需频段数最大的用户剩余的所需频段数；

S106：更新的用户发送数据需要的频段数Demand_j和频谱上连续可使用频带FS_k，转到骤S105，直到所需频段数为0，或所有可使用频带无法满足所需频段数最小的用户的业务需求。

优选地，在***运行阶段有新的业务需要使用频谱时，所述离散频谱聚合方法具体包含以下步骤：

S201：通过对工作频谱的感知，获取频谱可用状态；

S202：对频谱上连续可使用频带FS_k进行标识，得到频带长度最长的可使用频带Max(FS_k)；

S203：计算用户发送数据需要的频段数Demand_j；

S204：用户使用所述频带长度最长的可使用频带Max(FS_k)：

若所述频带长度最长的可使用频带Max(FS_k)的频段数大于等于用户发送数据需要的频段数Demand_j，则标识对应频段已被用户使用，并重新计算该频带的长度；

若所述频带长度最长的可使用频带Max(FS_k)的频段数小于用户发送数据需要的频段数Demand_j，则标识对应频段已被用户使用，将该频带的长度置为零，并重新计算用户剩余的所需频段数Demand_j；

S205：更新用户发送业务所需频段数Demand_j，转到步骤S204，直到用户发送业务所需频段数为0或所有可使用频带无法满足用户的业务需求。

(三)有益效果

本发明根据用户数据通信所需频段数多少，选择空闲频谱。需求频段数最多的用户优先使用最大连续空闲频谱，由于减少了频段间的保护间隔开销，从而提高了***频谱利用效率。

附图说明

图1为频段、保护间隔、子载波的关系示意图；

图2为根据本发明实施例一离散频谱聚合方法的步骤流程图；

图3为根据本发明实施例二初始化阶段时离散频谱聚合方法的步骤流程图；

图4为根据本发明实施例三在有新的业务需要使用频谱时离散频谱聚合方法的步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明如下。

实施例一：

如图2所示，本实施例记载了一种基于最大空间优先的离散频谱聚合方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过对工作频谱的感知，获取频谱可用状态；

所述频谱可用状态包括但不限于频带是否空闲、空闲几率、平均空闲时长、用户到目标基站或网关的信噪比、以及用户需要的发送速率；

S2：对频谱上连续可使用频带进行标识，得到频带长度最长的可使用频带；

S3：计算用户发送数据需要的频段数，得到所需频段数最大的用户；

S4：若所有可使用频带的频段数无法满足所述所需频段数最大的用户的业务需求，则不再对该所需频段数最大的用户业务进行频带分配，而是选择下一个所需频段数较大的用户取代所述所需频段数最大的用户，转到步骤S5；

否则：所述所需频段数最大的用户优先使用所述频带长度最长的可使用频带：

若所述频带长度最长的可使用频带的频段数大于等于所述所需频段数最大的用户需要的频段数，则将所述频带长度最长的可使用频带中对应的频段标识为已被使用，并重新计算该可使用频带的长度；

若所述频带长度最长的可使用频带的频段数小于所述所需频段数最大的用户需要的频段数，则将所述频带长度最长的可使用频带标识为已被使用，将该可使用频带的长度置零，重新计算所述所需频段数最大的用户剩余的所需频段数；

S5：更新所需频段数最大的用户和频带长度最长的可使用频带，转到步骤S4，直到所需频段数为0或所有可使用频带无法满足所需频段数最小的用户的业务需求。

若所有可使用频带无法满足所需频段数最小的用户的业务需求，则表示分配失败，当前网络无法承载未分配业务；如果所需频段数为0，则表示所有频带需求均已分配完成。

单个频带同时只能被一个用户使用。

实施例二：

如图3所示，初始化阶段时，设工作频谱分为N个连续频带，分别供M个用户使用，本实施例记载的离散频谱聚合方法具体包含以下步骤：

S101：通过对工作频谱的感知，获取频谱上N个连续频带的使用状态；

S102：根据频谱使用情况，建立频段使用列表{AV_i}标识频段是否可以使用，其中i∈[1，N]为频段标识编号；

S103：对频谱上连续可使用频带FS_k(k≥1)进行标识，得到频带长度最长的可使用频带Max(FS_k)；

S104：计算频带连续情况下用户发送数据需要的频段数Demand_j，其中j∈[1，M]为用户编号，得到所需频段数最大的用户；

S105：若所有可使用频带FS_k的频段数无法满足所述所需频段数最大的用户的业务需求，则不再对该所需频段数最大的用户业务进行频带分配，而是选择下一个所需频段数较大的用户取代所述所需频段数最大的用户，转到步骤S106；

否则：所述所需频段数最大的用户优先使用所述频带长度最长的可使用频带Max(FS_k)：

若所述频带长度最长的可使用频带Max(FS_k)的频段数大于等于所述所需频段数最大的用户所需频段数Max(Demand_i)，则在频带使用列表{AV_i}中标识对应频段已被所述所需频段数最大的用户使用，并重新计算该频带的长度；

若所述频带长度最长的可使用频带Max(FS_k)的频段数小于所述所需频段数最大的用户所需频段数Max(Demand_i)，则在频带使用列表{AV_i}中标识对应频段已被所述所需频段数最大的用户使用，将该频带的长度置为零，并重新计算所述所需频段数最大的用户剩余的所需频段数；

S106：更新的用户发送数据需要的频段数Demand_j和频谱上连续可使用频带FS_k，转到骤S105，直到所需频段数为0或所有可使用频带无法满足所需频段数最小的用户的业务需求。

若所有可使用频带无法满足所需频段数最小的用户的业务需求，则表示分配失败，当前网络无法承载未分配业务；如果所需频段数为0，则表示所有频带需求均已分配完成。

实施例三：

如图4所示，在***运行阶段有新的业务需要使用频谱时，本实施例记载的离散频谱聚合方法具体包含以下步骤：

S201：通过对工作频谱的感知，获取频谱可用状态；

S202：对频谱上连续可使用频带FS_k进行标识，得到频带长度最长的可使用频带Max(FS_k)；

S203：计算用户发送数据需要的频段数Demand_j；

S204：用户使用所述频带长度最长的可使用频带Max(FS_k)：

若所述频带长度最长的可使用频带Max(FS_k)的频段数大于等于用户发送数据需要的频段数Demand_j，则标识对应频段已被用户使用，并重新计算该频带的长度；

若所述频带长度最长的可使用频带Max(FS_k)的频段数小于用户发送数据需要的频段数Demand_j，则标识对应频段已被用户使用，将该频带的长度置为零，并重新计算用户剩余的所需频段数Demand_j；

S205：更新用户发送业务所需频段数Demand_j，转到步骤S204，直到用户发送业务所需频段数为0或所有可使用频带无法满足用户的业务需求。

若所有可使用频带无法满足用户的业务需求，则表示分配失败，当前网络无法承载未分配业务；如果所需频段数为0，则表示所有频带需求均已分配完成。

本发明由于减少了频段间的保护间隔开销，从而提高了***频谱利用效率。

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。

Claims (5)

1.一种基于最大空间优先的离散频谱聚合方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过对工作频谱的感知，获取频谱可用状态；

S2：对频谱上连续可使用频带进行标识，得到频带长度最长的可使用频带；

S3：计算用户发送数据需要的频段数，得到所需频段数最大的用户；

S4：若所有可使用频带的频段数无法满足所述所需频段数最大的用户的业务需求，则不再对该所需频段数最大的用户业务进行频带分配，而是选择下一个所需频段数较大的用户取代所述所需频段数最大的用户，转到步骤S5；

否则：所述所需频段数最大的用户优先使用所述频带长度最长的可使用频带：

若所述频带长度最长的可使用频带的频段数大于等于所述所需频段数最大的用户需要的频段数，则将所述频带长度最长的可使用频带中对应的频段标识为已被使用，并重新计算该频带长度最长的可使用频带的长度；

若所述频带长度最长的可使用频带的频段数小于所述所需频段数最大的用户需要的频段数，则将所述频带长度最长的可使用频带标识为已被使用，将该频带长度最长的可使用频带的长度置零，重新计算所述所需频段数最大的用户剩余的所需频段数；

S5：更新所需频段数最大的用户和频带长度最长的可使用频带，转到步骤S4，直到所需频段数为0或所有可使用频带无法满足所需频段数最小的用户的业务需求。

2.如权利要求1所述的离散频谱聚合方法，其特征在于，所述频谱可用状态包括频带是否空闲、空闲几率、平均空闲时长、用户到目标基站或网关的信噪比、以及用户需要的发送速率。

3.如权利要求1所述的离散频谱聚合方法，其特征在于，单个频带同时只能被一个用户使用。

4.如权利要求1所述的离散频谱聚合方法，其特征在于，初始化阶段时，设工作频谱分为N个连续频带，分别供M个用户使用，所述离散频谱聚合方法具体包含以下步骤：

S101：通过对工作频谱的感知，获取频谱上N个连续频带的使用状态；

S102：根据频谱使用情况，建立频段使用列表{AV_i}标识频段是否可以使用，其中i∈[1,N]为频段标识编号；

S103：对频谱上连续可使用频带FS_k(k≥1)进行标识，得到频带长度最长的可使用频带Max(FS_k)；

S104：计算频带连续情况下用户发送数据需要的频段数Demand_j，其中j∈[1,M]为用户编号，得到所需频段数最大的用户；

S105：若所有可使用频带FS_k的频段数无法满足所述所需频段数最大的用户的业务需求，则不再对该所需频段数最大的用户业务进行频带分配，而是选择下一个所需频段数较大的用户取代所述所需频段数最大的用户，转到步骤S106；

否则：所述所需频段数最大的用户优先使用所述频带长度最长的可使用频带Max(FS_k)：

若所述频带长度最长的可使用频带Max(FS_k)的频段数大于等于所述所需频段数最大的用户所需频段数Max(Demand_i)，则在频带使用列表{AV_i}中标识对应频段已被所述所需频段数最大的用户使用，并重新计算该频带长度最长的可使用频带的长度；

若所述频带长度最长的可使用频带Max(FS_k)的频段数小于所述所需频段数最大的用户所需频段数Max(Demand_i)，则在频带使用列表{AV_i}中标识对应频段已被所述所需频段数最大的用户使用，将该频带长度最长的可使用频带的长度置为零，并重新计算所述所需频段数最大的用户剩余的所需频段数；

S106：更新用户发送数据需要的频段数Demand_j和频谱上连续可使用频带FS_k，转到步骤S105，直到所需频段数为0或所有可使用频带无法满足所需频段数最小的用户的业务需求。

5.如权利要求1所述的离散频谱聚合方法，其特征在于，在***运行阶段有新的业务需要使用频谱时，所述离散频谱聚合方法具体包含以下步骤：

S201：通过对工作频谱的感知，获取频谱可用状态；

S202：对频谱上连续可使用频带FS_k进行标识，得到频带长度最长的可使用频带Max(FS_k)；

S203：计算用户发送数据需要的频段数Demand_j；

S204：用户使用所述频带长度最长的可使用频带Max(FS_k)：

若所述频带长度最长的可使用频带Max(FS_k)的频段数大于等于用户发送数据需要的频段数Demand_j，则标识对应频段已被用户使用，并重新计算该频带长度最长的可使用频带的长度；

若所述频带长度最长的可使用频带Max(FS_k)的频段数小于用户发送数据需要的频段数Demand_j，则标识对应频段已被用户使用，将该频带长度最长的可使用频带的长度置为零，并重新计算用户剩余的所需频段数Demand_j；

S205：更新用户发送业务所需频段数Demand_j，转到步骤S204，直到用户发送业务所需频段数为0或所有可使用频带无法满足用户的业务需求。