CN103281698A - 一种认知无线电中运用静态频谱聚合技术实现频谱分配的方法 - Google Patents

Abstract

一种认知无线电中运用静态频谱聚合技术实现频谱分配的方法，本发明属于无线电技术领域，具体涉及应用频谱聚合技术实现频谱分配的方法。本发明解决了现有采用机会接入方式的频谱分配方法频谱利用率低的问题。本发明将一个跨度之内的所有的空闲频谱碎片通过穷举法进行任意组合，通过最大化空闲频谱碎片组合数使得可分配的频谱组合数最大化，当有不同带宽需求的认知用户请求接入时，通过对认知用户所需带宽与用于分配的频谱集合逐一比较，使得聚合的空闲频谱剩余最少从而提高频谱利用率。本发明适用于无线电技术领域。

Description

一种认知无线电中运用静态频谱聚合技术实现频谱分配的方法

技术领域

本发明属于无线电技术领域，具体涉及应用频谱聚合技术实现频谱分配的方法。

背景技术

频谱聚合技术近年来无线电领域新兴的一项技术，其核心思想是将较小的、不连续的频谱碎片进行聚合，从而形成大带宽的频谱，然后分配给新的用户使用。该技术可以实现高带宽、高速率的数据传输。本发明是在离散正交频分***上进行的，所谓正交频分复用技术OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是采用将待传输数据流调制到多个子信道上面并行传输，从而实现大带宽，高速率的数据传输。若将传输的子载波中不连续的、间断的关掉一部分，便形成了NC-OFDM(Non-contiguous Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing)技术，即离散正交频分技术。

频谱作为一种不可再生的、有限的、宝贵的资源，通常使用单位都是由政府授权。授权频段一经分配给某一使用单位，其他未授权用户则不得占用该授权频谱段进行数据传输。显而易见，当授权用户不使用授权频段的时候，频谱将处于闲置状态。随着诸如移动通信、卫星通信等无线业务的发展，对无线频谱的需求持续增长，但是当授权用户不出现在授权频段上时，非授权用户却不能接入授权频段，这导致了大量的频谱闲置与浪费。为了解决这种矛盾，认知无线电技术应运而生。认知无线电技术能在不妨碍授权用户通信的前提之下，通过一种“机会接入”的方式使得非授权用户也可以使用授权频段，但现有的机会接入方式仍存在频谱利用率低的问题。

发明内容

本发明为了解决现有采用机会接入方式的频谱分配方法频谱利用率低的问题，提出了一种认知无线电中运用静态频谱聚合技术实现频谱分配的方法。

本发明所述一种认知无线电中运用静态频谱聚合技术实现频谱分配的方法，该方法的具体步骤为：

步骤一、将等待接入的N个认知用户按需求带宽从大到小的顺序排列，获得集合B＝{B₁，B₂，B₃，…，B_k，B_k+1，…，B_N}，B_k为第k个认知用户所需求的带宽，且有B_k≥B_k+1，k为正整数；

步骤二、采用认知无线电中的频谱检测技术，检测一个跨度内未被授权用户占用的空闲频谱碎片，获得v+1个空闲频谱碎片的集合F；所述跨度的含义为：采用频谱聚合技术进行一次频谱聚合的频谱宽度；

步骤三、判断步骤二检测的跨度的右边界位置是否位于空闲频谱碎片之内，如果是则执行第四步，否则执行第六步；

步骤四、将步骤三所述的跨度的右边界移至该跨度所在的空闲频谱碎片的低频处；

步骤五、采用公式： $M_k=\underset{i=1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{m}_i$

穷举跨度内步骤二检测的一个跨度内未被授权用户占用的空闲频谱碎片的组合，m_i为该跨度内第i个空闲频谱碎片[f_Li，f_Ui]的带宽；获得用于分配的频谱集合M1＝{M₁，M₂，M₃，…，M_k，…M_n}，其中n＝2^v-1，执行第七步；

其中，j＝1，2，…，v；j≥i，m_i为该跨度内第i个空闲频谱碎片[f_Li，f_Ui]的带宽；f_Li为空闲频谱碎片的低频边界，f_Ui为空闲频谱碎片的高频边界；

步骤六、采用公式： $M_k^{\′}=\underset{i=1}{\overset{j^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}{m}_i$

穷举跨度内步骤二检测的一个跨度内未被授权用户占用的空闲频谱碎片的组合，获得用于分配的频谱集合M2＝{M′₁，M′₂，M′₃，…，M′_k，…M′_n}，其中n＝2^v+1-1；执行步骤七；

其中，j′＝1，2，…，v+1；j′≥i；

步骤七、将步骤五获得的用于分配的频谱集合M1或步骤六获得的用于分配的频谱集合M2中的聚合频段按从左到右顺序逐一与步骤一所述集合B＝{B₁，B₂，B₃，…，B_k，B_k+1，…，B_N}中的每一个元素进行比较；判断用于分配的频谱集合M1或M2中的聚合频段是否存在M_i≥B_k，如果是则执行步骤八；否则执行步骤十三；

步骤八、判断符合M_i≥B_k的聚合频段中是否存在M_i＝B_k，如果是则执行步骤九，否则执行步骤十；

步骤九、将用于分配的频谱集合M1或M2中第一个符合条件M_i＝B_k的聚合频段M_i分配给第k个等待接入的认知用户；执行步骤十一；

步骤十、将用于分配的频谱集合M1或M2中第一个大于B_k的聚合频段M_i分配给第k个认知用户；

步骤十一、从步骤一获得的集合B中将B_k删除，获得更新后的集合B；

从用于分配的频谱集合M1或M2中将M_i删除，获得更新后的集合M1或集合M2；

从步骤二获得的空闲频谱碎片的集合F中将[f_Li，f_Ui]删除，获得更新后的集合F；

步骤十二、判断步骤十一获得更新后的集合B是否为空集，是则结束频谱分配，否则执行步骤十三；

步骤十三、以步骤二所检测的跨度的右边界右侧第一个空闲的频谱碎片的低频边界为下一个跨度的左边界，返回执行步骤二。

本发明将一个跨度之内的所有的空闲频谱碎片通过穷举法进行任意组合，通过最大化空闲频谱碎片组合数使得可分配的频谱组合数最大化，当有不同带宽需求的认知用户请求接入时，通过对认知用户所需带宽与用于分配的频谱集合逐一比较，使得聚合的空闲频谱剩余最少从而提高频谱利用率，与现有的机会接入方法相比频谱利用率同比提高30％。

附图说明

图1为聚合频谱碎片示例图，

图中，实线框表示当前跨度，虚线框表示移位之后的跨度，黑色矩形框表示被授权用户占用的频谱，白色矩形框表示未被授权用户专用的空闲频谱，x为子载波带宽，单位为MHZ；

图2为当跨度的右边界处于一个空闲频谱碎片之内时的示例图，

图中，虚线框表示移位之后的跨度，黑色矩形框表示被授权用户占用的频谱，白色矩形框表示未被授权用户专用的空闲频谱，x为子载波带宽，单位为MHZ；

图3为当跨度的右边界处于一个被授权用户占用的频谱碎片之内时的示例图；

图中虚线框表示移位之后的跨度，黑色矩形框表示被授权用户占用的频谱，白色矩形框表示未被授权用户专用的空闲频谱，x为子载波带宽，单位为MHZ；

图4为当跨度的右边界处于一个空闲频谱碎片之内时的频谱碎片组合方式示意图；

图5为当跨度的右边界处于一个被授权用户占用的频谱碎片之内时的频谱碎片组合方式示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4和图5说明本实施方式，本实施方式所述一种认知无线电中运用静态频谱聚合技术实现频谱分配的方法，该方法的具体步骤为：

步骤一、将等待接入的N个认知用户按需求带宽从大到小的顺序排列，获得集合B＝{B₁，B₂，B₃，…，B_k，B_k+1，…，B_N}，B_k为第k个认知用户所需求的带宽，且有B_k≥B_k+1，k为正整数；

步骤二、采用认知无线电中的频谱检测技术，检测一个跨度内未被授权用户占用的空闲频谱碎片，获得v+1个空闲频谱碎片的集合F；所述跨度的含义为：采用频谱聚合技术进行一次频谱聚合的频谱宽度；

步骤三、判断步骤二检测的跨度的右边界位置是否位于空闲频谱碎片之内，如果是则执行第四步，否则执行第六步；

步骤四、将步骤三所述的跨度的右边界移至该跨度所在的空闲频谱碎片的低频处；

步骤五、采用公式： $M_k=\underset{i=1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{m}_i$

穷举跨度内步骤二检测的一个跨度内未被授权用户占用的空闲频谱碎片的组合，m_i为该跨度内第i个空闲频谱碎片[f_Li，f_Ui]的带宽；获得用于分配的频谱集合M1＝{M₁，M₂，M₃，…，M_k，…M_n}，其中n＝2^v-1，执行第七步；

其中，j＝1，2，…，v；j≥i，m_i为该跨度内第i个空闲频谱碎片[f_Li，f_Ui]的带宽；f_Li为空闲频谱碎片的低频边界，f_Ui为空闲频谱碎片的高频边界；

步骤六、采用公式： $M_k^{\′}=\underset{i=1}{\overset{j^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}{m}_i$

穷举跨度内步骤二检测的一个跨度内未被授权用户占用的空闲频谱碎片的组合，获得用于分配的频谱集合M2＝{M′₁，M′₂，M′₃，…，M′_k，…M′_n}，其中n＝2^v+1-1；执行步骤七；

其中，j′＝1，2，…，v+1；j′≥i；

步骤七、将步骤五获得的用于分配的频谱集合M1或步骤六获得的用于分配的频谱集合M2中的聚合频段按从左到右顺序逐一与步骤一所述集合B＝{B₁，B₂，B₃，…，B_k，B_k+1，…，B_N}中的每一个元素进行比较；判断用于分配的频谱集合M1或M2中的聚合频段是否存在M_i≥B_k，如果是则执行步骤八；否则执行步骤十三；

步骤八、判断符合M_i≥B_k的聚合频段中是否存在M_i＝B_k，如果是则执行步骤九，否则执行步骤十；

步骤九、将用于分配的频谱集合M1或M2中第一个符合条件M_i＝B_k的聚合频段M_i分配给第k个等待接入的认知用户；执行步骤十一；

步骤十、将用于分配的频谱集合M1或M2中第一个大于B_k的聚合频段M_i分配给第k个认知用户；

步骤十一、从步骤一获得的集合B中将B_k删除，获得更新后的集合B；

从用于分配的频谱集合M1或M2中将M_i删除，获得更新后的集合M1或集合M2；

从步骤二获得的空闲频谱碎片的集合F中将[f_Li，f_Ui]删除，获得更新后的集合F；

步骤十二、判断步骤十一获得更新后的集合B是否为空集，是则结束频谱分配，否则执行步骤十三；

步骤十三、以步骤二所检测的跨度的右边界右侧第一个空闲的频谱碎片的低频边界为下一个跨度的左边界，返回执行步骤二。

本实施方式通过认知无线电中检测“空闲频谱碎片”的技术，将一段频谱段上的未被授权用户占用的空闲碎片检测出来，将离散的空闲频谱碎片进行聚合形成NC-OFDM***中离散的子信道，然后将信道分配给等待接入的认知用户进行数据传输提高了频谱利用率。

本实施方式中频谱的状态是不随时间改变的，即频谱处于一个静止的状态，称之为“静态”，将这种静态条件下的频谱聚合技术叫做静态频谱聚合技术。一次频谱聚合能聚合的频谱带宽是有限的。将频谱聚合技术一次能聚合的频谱宽度定义为“跨度”。

NC-OFDM中是使用不连续的子载波传输数据，且每个子载波的频谱宽度是一致的，具体的子载波带宽视具体情况而定，设一个子载波的带宽为xHz，那么在一个跨度内空闲频谱带宽为空闲子载波的的数量与子载波带宽乘积的结果，在一个跨度内占用频谱带宽为占用子载波的的数量与子载波带宽乘积的结果。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种认知无线电中运用静态频谱聚合技术实现频谱分配的方法的进一步说明，步骤二中所述的获得v+1个空闲频谱碎片的集合F，通过公式：

$F={\∪}_{i=1}^{v+1}[f_{\mathrm{Li}},f_{\mathrm{Ui}}]$

获得。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种认知无线电中运用静态频谱聚合技术实现频谱分配的方法的进一步说明，步骤十中所述的第k个认知用户，通过公式：

B_Δ＝argmin{M_i-B_k}

确定，第k个认知用户是差值B_Δ为最小值时带宽为B_k的认知用户。

Claims (3)

1.一种认知无线电中运用静态频谱聚合技术实现频谱分配的方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：

步骤一、将等待接入的N个认知用户按需求带宽从大到小的顺序排列，获得集合B＝{B₁，B₂，B₃，…，B_k，B_k+1，…，B_N}，B_k为第k个认知用户所需求的带宽，且有B_k≥B_k+1，k为正整数；

步骤二、采用认知无线电中的频谱检测技术，检测一个跨度内未被授权用户占用的空闲频谱碎片，获得v+1个空闲频谱碎片的集合F；所述跨度的含义为：采用频谱聚合技术进行一次频谱聚合的频谱宽度；

步骤三、判断步骤二检测的跨度的右边界位置是否位于空闲频谱碎片之内，如果是则执行第四步，否则执行第六步；

步骤四、将步骤三所述的跨度的右边界移至该跨度所在的空闲频谱碎片的低频处；

步骤五、采用公式： $M_k=\underset{i=1}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}{m}_i$

穷举步骤二检测的一个跨度内未被授权用户占用的空闲频谱碎片的组合，获得用于分配的频谱集合M1＝{M₁，M₂，M₃，…，M_k，…M_n}，其中n＝2^v-1，执行第七步；

其中，j＝1，2，…，v；j≥i，m_i为该跨度内第i个空闲频谱碎片[f_Li，f_Ui]的带宽；f_Li为空闲频谱碎片的低频边界，f_Ui为空闲频谱碎片的高频边界；

步骤六、采用公式： $M_k^{\′}=\underset{i=1}{\overset{j^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}{m}_i$

穷举步骤二检测的一个跨度内未被授权用户占用的空闲频谱碎片的组合，获得用于分配的频谱集合M2＝{M′₁，M′₂，M′₃，…，M′_k，…M′_n}，其中n＝2^v+1-1；执行步骤七；

其中，j′＝1，2，…，v+1；j′≥i；

步骤七、将步骤五获得的用于分配的频谱集合M1或步骤六获得的用于分配的频谱集合M2中的聚合频段按从左到右顺序逐一与步骤一所述集合B＝{B₁，B₂，B₃，…，B_k，B_k+1，…，B_N}中的每一个元素进行比较；判断用于分配的频谱集合M1或M2中的聚合频段是否存在M_i≥B_k，如果是则执行步骤八；否则执行步骤十三；

步骤八、判断符合M_i≥B_k的聚合频段中是否存在M_i＝B_k，如果是则执行步骤九，否则执行步骤十；

步骤九、将用于分配的频谱集合M1或M2中第一个符合条件M_i＝B_k的聚合频段M_i分配给第k个等待接入的认知用户；执行步骤十一；

步骤十、将用于分配的频谱集合M1或M2中第一个大于B_k的聚合频段M_i分配给第k个认知用户；

步骤十一、从步骤一获得的集合B中将B_k删除，获得更新后的集合B；

从用于分配的频谱集合M1或M2中将M_i删除，获得更新后的集合M1或集合M2；

从步骤二获得的空闲频谱碎片的集合F中将[f_Li，f_Ui]删除，获得更新后的集合F；

步骤十二、判断步骤十一获得更新后的集合B是否为空集，是则结束频谱分配，否则执行步骤十三；

步骤十三、以步骤二所检测的跨度的右边界右侧第一个空闲的频谱碎片的低频边界为下一个跨度的左边界，返回执行步骤二。

2.根据权利要求1所述的一种认知无线电中运用静态频谱聚合技术实现频谱分配的方法，其特征在于，步骤二所述的获得v+1个空闲频谱碎片的集合F通过公式：

$F={\∪}_{i=1}^{v+1}[f_{\mathrm{Li}},f_{\mathrm{Ui}}]$

获得。

3.根据权利要求1所述的一种认知无线电中运用静态频谱聚合技术实现频谱分配的方法，其特征在于，步骤十中所述的第k个认知用户，通过公式：

B_Δ＝argmin{M_i-B_k}

确定，第k个认知用户是差值B_Δ为最小值时带宽为B_k的用户。

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