專利名稱：共享信道的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，特別涉及一種共享信道的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著無線通信業(yè)務(wù)的增長，可利用的頻帶日趨緊張，頻譜資源匱乏日益嚴重。為此，采用頻譜管理的方式，許可特定的頻率給用戶，即獲得許可的用戶使用分配給該用戶的許可頻段，而獲取許可的用戶并非全部都是全天候占用許可頻段，一些許可頻段部分時間內(nèi)并沒有用戶使用，若不加以利用，則無法實現(xiàn)頻譜共享，造成頻譜資源浪費。傳統(tǒng)的頻譜共享方式是，當許可頻段空閑時，認知用戶可以使用該空閑的許可頻段，當授權(quán)用戶出現(xiàn)時，認知用戶立刻切換到另一空閑頻道或等待授權(quán)用戶完成傳輸。如果授權(quán)用戶頻繁出現(xiàn)，則要頻繁進行頻譜切換動作，增加了網(wǎng)絡(luò)開銷，降低了整個網(wǎng)絡(luò)的性能及頻譜的有效利用率。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要提供一種降低切換次數(shù)提高頻譜利用率及網(wǎng)絡(luò)性能的共享信道的方法。
此外，還有必要提供一種降低切換次數(shù)提高頻譜利用率及網(wǎng)絡(luò)性能的共享信道的系統(tǒng)。
一種共享信道的方法，包括以下步驟 A.為認知用戶分配空閑的注冊信道； B.檢測授權(quán)用戶是否出現(xiàn)，若是，則將所述注冊信道分配給授權(quán)用戶，并測量保證授權(quán)用戶正常使用該注冊信道的干擾溫度閾值，根據(jù)所述干擾溫度閾值獲得認知用戶的最大可用功率，若否，則繼續(xù)檢測； C.計算認知用戶使用該最大可用功率是否能進行數(shù)據(jù)傳輸，若是，則調(diào)整認知用戶的發(fā)射功率，若否，則將認知用戶切換到空閑信道。
優(yōu)選地，步驟B中所述計算認知用戶的最大可用功率具體包括以下步驟 B1.計算信道的干擾溫度及認知用戶引入干擾溫度； B2.根據(jù)信道的干擾溫度及認知用戶引入干擾溫度建立干擾溫度模型； B3.根據(jù)干擾溫度模型計算認知用戶的最大可用功率。
優(yōu)選地，步驟B2中所述干擾溫度模型為所述信道的干擾溫度與所述認知用戶引入干擾溫度之和不大于信道的干擾溫度閾值。優(yōu)選地，所述信道的干擾溫度的計算公式為其中，k是泊爾茨曼常數(shù)1.38×10-23，fc是信道中心頻率，Bc是信道帶寬，s(f)為射頻環(huán)境下功率譜密度。
優(yōu)選地，所述認知用戶引入干擾溫度的計算公式為其中，Lc表示認知用戶發(fā)送端與授權(quán)用戶接收端之間衰減系數(shù)；Pt(fc，Bc)為認知用戶在注冊信道上的發(fā)送功率；k是泊爾茨曼常數(shù)1.38×10-23；fc是信道中心頻率；Bc是信道帶寬。
優(yōu)選地，步驟C具體包括以下步驟 C1.根據(jù)最大可用功率計算最大可傳輸距離； C2.計算實際距離； C3.比較實際距離與最大可傳輸距離，判斷所述實際距離是否小于等于所述最大可傳輸距離，若是，則調(diào)整認知用戶的發(fā)射功率，若否，則將認知用戶切換到空閑信道。
優(yōu)選地，所述空閑信道為空閑的注冊信道或備用的非注冊信道。
優(yōu)選地，所述步驟C1中最大可傳輸距離計算公式為其中，P*為所述認知用戶的無干擾的最大發(fā)射功率，r*為所述認知用戶無干擾傳輸?shù)淖畲缶嚯x，f(r*)為所述最大距離上路徑損耗；Ip為同一注冊信道其他用戶對所述認知用戶的干擾；Qn為熱噪聲功率；δmin為滿足所述認知用戶接收端解碼要求的最小信號功率同干擾與熱噪聲功率之和的比。
優(yōu)選地，步驟C2中計算所述實際距離r采用路徑損耗計算得出，計算公式如下 其中，Ptr為發(fā)送端功率；Pre為接收端功率，n是2～4之間的常數(shù)，用于代表不同的傳播環(huán)境。
一種共享信道的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括檢測模塊、處理模塊和操作模塊，所述檢測模塊用于檢測授權(quán)用戶出現(xiàn)并產(chǎn)生檢測信號且發(fā)送檢測信號；所述處理模塊與所述檢測模塊相連，接收檢測信號后分配注冊信道給授權(quán)用戶，測量保證授權(quán)用戶正常使用該注冊信道的干擾溫度閾值，并根據(jù)所述干擾溫度閾值獲得認知用戶的最大可用功率，且判斷認知用戶使用所述最大可用功率是否能進行數(shù)據(jù)傳輸，并發(fā)送判斷結(jié)果；所述操作模塊接收所述判斷結(jié)果，根據(jù)判斷結(jié)果調(diào)整認知用戶的發(fā)射功率或控制認知用戶切換到空閑信道。
優(yōu)選地，所述處理模塊還用于計算信道的干擾溫度及認知用戶引入干擾溫度，建立干擾溫度模型，并根據(jù)干擾溫度模型計算認知用戶的最大可用功率。
優(yōu)選地，所述干擾溫度模型為所述信道的干擾溫度與所述認知用戶引入干擾溫度之和不大于信道的干擾溫度閾值。
優(yōu)選地，所述信道的干擾溫度的計算公式為其中，k是泊爾茨曼常數(shù)1.38×10-23，fc是信道中心頻率，Bc是信道帶寬，s(f)為射頻環(huán)境下功率譜密度。
優(yōu)選地，所述認知用戶引入干擾溫度的計算公式為其中，Lc表示認知用戶發(fā)送端與授權(quán)用戶接收端之間衰減系數(shù)；Pt(fc，Bc)為認知用戶在注冊信道上的發(fā)送功率；k是泊爾茨曼常數(shù)1.38×10-23；fc是信道中心頻率；Bc是信道帶寬。
優(yōu)選地，所述處理模塊還用于根據(jù)最大可用功率計算最大可傳輸距離，計算實際距離，并比較所述實際距離與最大可傳輸距離，判斷所述實際距離是否小于等于所述最大可傳輸距離，若是，則調(diào)整認知用戶的發(fā)射功率，若否，則將認知用戶切換到空閑信道。
優(yōu)選地，所述空閑信道為空閑的注冊信道或備用的非注冊信道。
優(yōu)選地，所述處理模塊獲取最大可傳輸距離采用如下計算公式其中，P*為所述認知用戶的無干擾的最大發(fā)射功率，r*為所述認知用戶無干擾傳輸?shù)淖畲缶嚯x，f(r*)為所述最大距離上路徑損耗；Ip為同一注冊信道其他用戶對所述認知用戶的干擾；Qn為熱噪聲功率；γmin為滿足所述認知用戶接收端解碼要求的最小信號功率同干擾與熱噪聲功率之和的比。
優(yōu)選地，所述處理模塊計算實際距離r采用路徑損耗計算得出，計算公式如下 其中，Ptr為發(fā)送端功率；Pre為接收端功率，n是2～4之間的常數(shù)，用于代表不同的傳播環(huán)境。
上述共享信道的方法及系統(tǒng)，測量注冊信道的干擾溫度閾值獲取認知用戶的最大可用功率，判斷認知用戶使用最大可用功率是否能進行數(shù)據(jù)傳輸，根據(jù)判斷結(jié)果調(diào)整認知用戶的發(fā)射功率或切換到空閑信道，大大降低了頻譜切換率，提高了頻譜利用率及網(wǎng)絡(luò)性能，同時也提高了有效數(shù)據(jù)傳輸率。
另外，采用獲取實際距離與最大可傳輸距離并比較兩者大小，判斷是否進行頻譜切換，簡單、方便。


圖1為一實施例中共享信道的方法的流程圖； 圖2為一實施例中干擾溫度閾值示意圖； 圖3為一實施例中計算認知用戶最大可用功率的具體流程圖； 圖4為一實施例中計算認知用戶使用最大可用功率是否能進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)木唧w流程圖； 圖5為一實施例中共享信道的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6A為一實施例中授權(quán)用戶未工作時的信道狀況示意圖； 圖6B為一實施例中授權(quán)用戶工作時的信道狀況示意圖。
具體實施方式
在無線網(wǎng)絡(luò)通信中，授權(quán)用戶(Priority User，簡稱PU)未出現(xiàn)時，認知用戶(Secondary User，簡稱SU)隨機占用著空閑的注冊信道，當授權(quán)用戶出現(xiàn)時，認知用戶根據(jù)需要判斷是否切換到其他空閑信道。其中，授權(quán)用戶為已經(jīng)注冊了的用戶，具有頻譜的優(yōu)先使用權(quán)。認知用戶為未授權(quán)的用戶，通常在空閑的信道上通信。
如圖1所示，一種共享信道的方法，包括以下步驟 步驟S10，為認知用戶分配空閑的注冊信道。將認知用戶分配到空閑的注冊信道上進行通信。
步驟S20，檢測授權(quán)用戶是否出現(xiàn)，若是，則執(zhí)行步驟S30，若否，則繼續(xù)檢測。
步驟S30，將所述注冊信道分配給授權(quán)用戶，并測量保證授權(quán)用戶正常使用該注冊信道的干擾溫度閾值，根據(jù)所述干擾溫度閾值獲得認知用戶的最大可用功率。
一實施例中，采用功率控制計算最大可用功率，該功率控制即干擾控制。如圖2所示，每個注冊信道均有其對應(yīng)的干擾溫度閾值THc，認知用戶所產(chǎn)生的干擾溫度與其他噪聲溫度之和不超過兩者所占用注冊信道的THc，則該認知用戶與授權(quán)用戶可共享該注冊信道，即該段頻譜。其中，干擾溫度閾值THc可以通過接收信號端的天線準確的測量得出。圖2中，1為噪聲部分，2為干擾溫度，3為干擾溫度閾值，其中，干擾溫度是為應(yīng)用認知無線電技術(shù)以提高頻譜利用率而提出的一種量化與管理干擾源的概念。在認知無線電頻率共享系統(tǒng)中，當授權(quán)用戶與認知用戶共享同一段頻譜工作時，必須首先確保授權(quán)用戶的正常工作。需要預(yù)先估計授權(quán)用戶可以接受的干擾溫度閾值THc，預(yù)測引入認知用戶后在授權(quán)用戶接收機處帶來的干擾，依此來判斷是否允許非授權(quán)用戶的加入。
如圖3所示，計算認知用戶的最大可用功率具體流程如下 步驟S300，計算信道的干擾溫度及認知用戶引入干擾溫度。
為了便于計算，對干擾溫度進行量化為如下公式 由上兩式可得， 其中，k是泊爾茨曼常數(shù)1.38×10-23，fc是信道中心頻率，Bc是信道帶寬，TI(fc，Bc)是授權(quán)用戶發(fā)射端對接收機帶來的干擾溫度，PI(fc，Bc)為該用戶對信道干擾功率，s(f)為射頻環(huán)境下功率譜密度。
當認知用戶與授權(quán)用戶共享注冊信道時，干擾溫度包括信道的干擾溫度和認知用戶引入干擾溫度。信道的干擾為授權(quán)用戶發(fā)射端對接收機帶來的干擾溫度，即為TI(fc，Bc)。認知用戶引入干擾為引入認知用戶后在授權(quán)用戶接收機處帶來的引入干擾，即為其中，Lc表示認知用戶發(fā)送端與授權(quán)用戶接收端之間衰減系數(shù)；Pt(fc，Bc)為認知用戶在注冊信道上的發(fā)送功率；k是泊爾茨曼常數(shù)1.38×10-23；fc是信道中心頻率；Bc是信道帶寬。
步驟S301，根據(jù)信道的干擾溫度及認知用戶引入干擾溫度建立干擾溫度模型。若認知用戶與授權(quán)用戶共享注冊信道，則總干擾溫度應(yīng)不大于干擾溫度閾值THc，建立干擾溫度模型，如下 TI(fc，Bc)+Ts(fc，Bc)≤THc。
步驟S302，根據(jù)干擾溫度模型計算認知用戶的最大可用功率。當授權(quán)用戶出現(xiàn)時，在不對授權(quán)用戶正常通信產(chǎn)生影響的前提下，調(diào)低認知用戶的發(fā)射功率，且保證數(shù)據(jù)正常傳輸，則認知用戶在注冊信道上的發(fā)射功率可由干擾溫度與干擾溫度閾值之間的條件關(guān)系式計算得出，即如下 由 得出 當授權(quán)用戶(PU)處于非活動狀態(tài)，即不使用注冊信道時，認知用戶按照實際可用最大功率Pmax發(fā)射，進行數(shù)據(jù)傳輸；而當授權(quán)用戶處于活動狀態(tài)，即使用注冊信道時，認知用戶應(yīng)及時降低發(fā)射功率，以保證在不影響授權(quán)用戶的正常工作情況下，進行數(shù)據(jù)傳輸。則認知用戶允許發(fā)出的最大發(fā)射功率P*如下
步驟S40，計算認知用戶使用該最大可用功率是否能進行數(shù)據(jù)傳輸，若是，則執(zhí)行步驟S50，若否，執(zhí)行步驟S60。
因無線傳輸過程中，傳播的環(huán)境對傳輸信號的衰減有影響，發(fā)送端與接收端之間信號的衰減程度采用路徑損耗來量化計算，則計算公式如下 f(x)＝10nlog(x)[dB] 其中，x為發(fā)送端與接收端之間的距離值，n是2-4之間的常數(shù)，用于代表不同的傳播環(huán)境。
如圖4所示，則步驟S40具體包括以下步驟 步驟S400，根據(jù)最大可用功率計算最大可傳輸距離。
一實施例中，當認知用戶與授權(quán)用戶共用注冊信道時，認知用戶降低發(fā)射功率至P*，在對授權(quán)用戶不產(chǎn)生干擾的同時，還應(yīng)該保證認知用戶的接收端能正常接收信息，且滿足解碼要求，即熱噪聲功率Qn采用下式計算得出Qn＝-174+NF+10log(Bc)[dBm]，其中，dBm為毫瓦的分貝數(shù)，NF為噪聲系數(shù)，根據(jù)不同環(huán)境可由儀器測出實際值；Bc為該注冊信道帶寬。
當授權(quán)用戶出現(xiàn)時，認知用戶能傳輸?shù)淖畲缶嚯xr*計算得出為， 其中，P*為認知用戶的最大發(fā)射功率，r*為認知用戶的最大可傳輸距離，f(r*)為該距離上路徑損耗；Ip為同一注冊信道其他用戶對該認知用戶的干擾；Qn為熱噪聲功率；γmin為滿足接收端解碼要求的最小信號功率同干擾與熱噪聲功率之和的比。
步驟S401，計算實際距離。
一實施例中，認知用戶的發(fā)送端與接收端之間進行無線傳輸，對無線傳輸距離的估算，可以使用路徑的損耗來測算。則認知用戶的發(fā)送端與接收端之間的實際距離長度r采用路徑損耗計算 路徑損耗f(r)＝Ptr-Pre；由此可計算得出 其中，Ptr為發(fā)送端功率；Pre為接收端功率。
步驟S402，比較實際距離與最大可傳輸距離，判斷所述實際距離是否小于等于所述最大可傳輸距離，若是，則調(diào)整認知用戶的發(fā)射功率，若否，則將認知用戶切換到空閑信道。當認知用戶傳輸數(shù)據(jù)的實際距離小于等于認知用戶的最大可傳輸距離時，表明認知用戶與授權(quán)用戶能夠共享該注冊信道；當認知用戶傳輸數(shù)據(jù)的實際距離大于認知用戶的最大可傳輸距離時，表示認知用戶若繼續(xù)與授權(quán)用戶共用注冊信道，調(diào)整認知用戶的發(fā)射功率后，認知用戶無法正常進行通信，則需要將認知用戶切換到其他空閑信道上。其他空閑信道為空閑的注冊信道或備選的非注冊信道。頻譜切換是指為了保證認知用戶通信的持續(xù)性和業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量，可以在讓出占用的注冊信道給授權(quán)用戶的同時平滑轉(zhuǎn)移到其他空閑信道繼續(xù)通信；另外，認知用戶也可以轉(zhuǎn)移到其他更合適的空閑信道。
步驟S50，當認知用戶使用該最大功率能進行數(shù)據(jù)傳輸時，調(diào)整認知用戶的發(fā)射功率。
步驟S60，當認知用戶使用該最大功率不能進行數(shù)據(jù)傳輸時，將認知用戶切換到空閑信道。該空閑信道為空閑的注冊信道或備選的非注冊信道。
上述共享信道的方法還包括執(zhí)行控制操作后進行數(shù)據(jù)傳輸。認知用戶進行調(diào)整發(fā)射功率或頻譜切換等控制操作后，進行數(shù)據(jù)傳輸。
如圖5所示，一種共享信道的系統(tǒng)，包括檢測模塊10、處理模塊20和操作模塊30。
檢測模塊10用于檢測授權(quán)用戶是否出現(xiàn)，檢測到授權(quán)用戶出現(xiàn)后產(chǎn)生檢測信號并將該檢測信號發(fā)送給處理模塊20。
處理模塊20與檢測模塊10相連，用于接收檢測信號，接收檢測信號后分配注冊信道給授權(quán)用戶，測量保證授權(quán)用戶正常使用該注冊信道的干擾溫度閾值，并根據(jù)所述干擾溫度閾值獲得認知用戶的最大可用功率，且判斷認知用戶使用所述最大可用功率是否能進行數(shù)據(jù)傳輸，并發(fā)送判斷結(jié)果。
操作模塊30與處理模塊20相連，用于接收判斷結(jié)果，并根據(jù)該結(jié)果調(diào)整認知用戶的發(fā)射功率或控制認知用戶切換到空閑信道等控制操作。認知用戶調(diào)整功率或頻譜切換后進行數(shù)據(jù)傳輸。
一實施例中，處理模塊20還用于計算信道的干擾溫度及認知用戶引入干擾溫度，建立干擾溫度模型，并根據(jù)干擾溫度模型計算認知用戶的最大可用功率。其具體過程是 (1)計算信道的干擾溫度及認知用戶引入干擾溫度。為了便于計算，對干擾溫度進行量化為如下公式 由上兩式可得， 其中，k是泊爾茨曼常數(shù)1.38×10-23，fc是信道中心頻率，Bc是信道帶寬，TI(fc，Bc)是授權(quán)用戶發(fā)射端對接收機帶來的干擾溫度，PI(fc，Bc)為該用戶對信道干擾功率，s(f)為射頻環(huán)境下功率譜密度。
當認知用戶與授權(quán)用戶共享注冊信道時，干擾溫度包括信道本身干擾溫度和認知用戶引入干擾溫度。信道本身干擾為授權(quán)用戶發(fā)射端對接收機帶來的干擾溫度，即為TI(fc，Bc)。認知用戶引入干擾為引入認知用戶后在授權(quán)用戶接收機處帶來的引入干擾，即為其中，Lc表示認知用戶發(fā)送端與授權(quán)用戶接收端之間衰減系數(shù)；Pt(fc，Bc)為認知用戶在注冊信道上的發(fā)射功率；k是泊爾茨曼常數(shù)1.38×10-23；fc是信道中心頻率；Bc是信道帶寬。
(2)建立干擾溫度模型。若認知用戶與授權(quán)用戶共享注冊信道，則干擾溫度應(yīng)不大于干擾溫度閾值THc，建立干擾溫度模型，如下 TI(fc，Bc)+Ts(fc，Bc)≤THc。
(3)根據(jù)干擾溫度模型計算認知用戶的最大可用功率。當授權(quán)用戶出現(xiàn)時，在不對授權(quán)用戶正常通信產(chǎn)生影響的前提下，調(diào)低認知用戶的發(fā)射功率，且保證數(shù)據(jù)正常傳輸，則認知用戶在注冊信道上的發(fā)射功率可由干擾溫度與干擾溫度閾值之間的條件關(guān)系式計算得出，即如下 由 得出 當授權(quán)用戶(PU)處于非活動狀態(tài)，即不使用注冊信道時，認知用戶按照實際最大可用功率Pmax發(fā)射，進行數(shù)據(jù)傳輸；而當授權(quán)用戶處于活動狀態(tài)，即使用注冊信道時，認知用戶應(yīng)及時降低發(fā)射功率，以保證在不影響授權(quán)用戶的正常工作情況下，進行數(shù)據(jù)傳輸。則認知用戶允許發(fā)出的最大可用功率P*如下
一實施例中，處理模塊20還用于根據(jù)最大可用功率計算最大可傳輸距離，計算實際距離，并比較所述實際距離與最大可傳輸距離，判斷所述實際距離是否小于等于所述最大可傳輸距離，若是，則調(diào)整認知用戶的發(fā)射功率，若否，則將認知用戶切換到空閑信道。其中，空閑信道為空閑的注冊信道或備用的非注冊信道。計算認知用戶的最大可傳輸距離和實際距離的具體過程如下 (1)計算認知用戶的最大可傳輸距離。因無線傳輸過程中，傳播的環(huán)境對傳輸信號的衰減有影響，發(fā)送端與接收端之間信號的衰減程度采用路徑損耗來量化計算，則計算公式如下 f(x)＝10nlog(x)[dB] 其中，x為發(fā)送端與接收端之間的距離值，n是2-4之間的常數(shù)，用于代表不同的傳播環(huán)境。
一實施例中，當認知用戶與授權(quán)用戶共用注冊信道時，認知用戶降低發(fā)射功率至P*，在對授權(quán)用戶不產(chǎn)生干擾的同時，還應(yīng)該保證認知用戶的接收端能正常接收信息，且滿足解碼要求，即熱噪聲功率Qn采用下式計算得出Qn＝-174+NF+10log(Bc)[dBm]，其中，dBm為毫瓦的分貝數(shù)，NF為噪聲系數(shù)，根據(jù)不同環(huán)境可由儀器測出實際值；Bc為該注冊信道帶寬。
當授權(quán)用戶出現(xiàn)時，認知用戶的最大可傳輸距離r*計算得出為， 其中，P*為認知用戶的最大發(fā)射功率，r*為認知用戶可傳輸最大距離，f(r*)為該距離上路徑損耗；Ip為同一注冊信道其他用戶對該認知用戶的干擾；Qn為熱噪聲功率；γmin為滿足接收端解碼要求的最小信號功率同干擾與熱噪聲功率之和的比。
(2)計算認知用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶嶋H距離。認知用戶的發(fā)送端與接收端之間進行無線傳輸，對無線傳輸距離的估算，可以使用路徑的損耗來測算。則認知用戶的發(fā)送端與接收端之間的實際距離長度r采用路徑損耗計算 路徑損耗f(r)＝Ptr-Pre；由此可計算得出 其中，Ptr為發(fā)送端功率；Pre為接收端功率。
為了更好的說明上述共享信道的系統(tǒng)工作的過程，如圖6A和圖6B所示，舉例如下 該網(wǎng)絡(luò)包含三個授權(quán)用戶(PU1，PU2，PU3)和三個認知用戶(SU1，SU2，SU3)，四個可用注冊信道(CH1，CH2，CH3，CH4)，以及一個非注冊信道UC1，即所有認知用戶(SU)可用的備用信道。
由圖6A可看出，當前狀態(tài)下，三個授權(quán)用戶(PU1，PU2，PU3)均處于空閑，因此三個認知用戶(SU1，SU2，SU3)隨機使用所有可用注冊信道(CH1，CH2，CH3，CH4)，認知用戶SU1使用CH1，SU2使用CH2，SU3使用CH3。
如圖6B所示，當授權(quán)用戶(PU1，PU2，PU3)處于工作狀態(tài)，需要使用相對應(yīng)注冊信道，授權(quán)用戶PU1使用CH1，PU2使用CH2，PU3使用CH3。此時，認知用戶SU1，SU2，SU3分別按上述頻譜切換的控制方法及系統(tǒng)中的判斷方式，選擇切換信道或繼續(xù)使用該信道。對于認知用戶SU1，由于其傳輸距離較近，當其降低發(fā)射功率后，仍能使用注冊信道CH1傳輸。對于認知用戶SU2，由于其傳輸距離較遠，當其降低發(fā)射功率至可用最大功率，接收端無法正常接收數(shù)據(jù)，因此需要切換至非注冊信道UC1。認知用戶SU3和SU2一樣的情況，也不能再使用原注冊信道CH3，而非注冊信道UC1又被SU2占用，故使用空閑注冊信道CH4。
上述共享信道的方法及系統(tǒng)，測量注冊信道的干擾溫度閾值獲取認知用戶的最大可用功率，判斷認知用戶使用最大可用功率是否能進行數(shù)據(jù)傳輸，根據(jù)判斷結(jié)果調(diào)整認知用戶的發(fā)射功率或切換到空閑信道，大大降低了頻譜切換率，提高了頻譜利用率及網(wǎng)絡(luò)性能，同時也提高了有效數(shù)據(jù)傳輸率。
另外，采用獲取實際距離與最大可傳輸距離并比較兩者大小，判斷是否進行頻譜切換，簡單、方便。
其中，頻譜切換率為認知用戶由于授權(quán)用戶的工作，而切換到其他可用信道的概率。若授權(quán)用戶出現(xiàn)的幾率服從泊松分布λ，其出現(xiàn)概率為pa，傳統(tǒng)的頻譜共享方式，當授權(quán)用戶出現(xiàn)時，認知用戶立刻切換到另一空閑頻道。因此psh＝pa，而上述頻譜切換控制方法及系統(tǒng)，會判斷認知用戶使用最大可用功率是否能進行數(shù)據(jù)傳輸來決定是否進行頻譜切換動作，因此psh＝pa·P{r*＜r}，P{r*＜r}為認知用戶對授權(quán)用戶產(chǎn)生干擾的概率，且P{r*＜r}≤1。因此，相比傳統(tǒng)頻譜共享方式，本發(fā)明的頻譜切換率明顯小于傳統(tǒng)方式，從而降低頻譜切換次數(shù)，對頻譜利用率有較大提高。
再者，若認知用戶傳輸數(shù)據(jù)量為L，傳輸速率為rSU。則其傳輸時間為Ts＝L/rSU，但由于授權(quán)用戶的不定期出現(xiàn)，在傳輸過程m個時隙中有n次頻譜切換(n≤m)，頻譜切換率為psh，Tl是信道感知和頻譜切換帶來的時延，則有效傳輸數(shù)據(jù)率Re計算如下式， 由此可知，頻譜切換次數(shù)n越少，則代表平均傳輸時間E[T]越短，即有效數(shù)據(jù)率Re越高，即使考慮其中最差情況，即n＝m，則可得 其中僅有psh為變量，本發(fā)明中的頻率切換率psh小于傳統(tǒng)方式中psh。
因此，上述共享信道的方法及系統(tǒng)，控制頻譜切換，其頻譜切換率和有效數(shù)據(jù)率，皆優(yōu)于傳統(tǒng)頻譜切換方式。隨著授權(quán)用戶出現(xiàn)的次數(shù)增加，認知用戶頻譜切換率可減少至高達33％，由于切換次數(shù)減少，認知用戶重新尋找新的可用信道帶來的延遲時間也相對降低，從而減少傳輸時間，提高有效數(shù)據(jù)率，有效數(shù)據(jù)率相對傳統(tǒng)方式提高可達到至少30％。
上述頻譜切換控制方法及系統(tǒng)可以應(yīng)用于認知無線電網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)狀(Mesh)網(wǎng)、Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)等。
以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。
權(quán)利要求
1.一種共享信道的方法，包括以下步驟
A.為認知用戶分配空閑的注冊信道；
B.檢測授權(quán)用戶是否出現(xiàn)，若是，則將所述注冊信道分配給授權(quán)用戶，并測量保證授權(quán)用戶正常使用該注冊信道的干擾溫度閾值，根據(jù)所述干擾溫度閾值獲得認知用戶的最大可用功率，若否，則繼續(xù)檢測；
C.計算認知用戶使用該最大可用功率是否能進行數(shù)據(jù)傳輸，若是，則調(diào)整認知用戶的發(fā)射功率，若否，則將認知用戶切換到空閑信道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共享信道的方法，其特征在于，步驟B中所述計算認知用戶的最大可用功率具體包括以下步驟
B1.計算信道的干擾溫度及認知用戶引入干擾溫度；
B2.根據(jù)信道的干擾溫度及認知用戶引入干擾溫度建立干擾溫度模型；
B3.根據(jù)干擾溫度模型計算認知用戶的最大可用功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的共享信道的方法，其特征在于，步驟B2中所述干擾溫度模型為所述信道的干擾溫度與所述認知用戶引入干擾溫度之和不大于信道的干擾溫度閾值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的共享信道的方法，其特征在于，所述信道的干擾溫度的計算公式為其中，k是泊爾茨曼常數(shù)1.38×10-23，fc是信道中心頻率，Bc是信道帶寬，s(f)為射頻環(huán)境下功率譜密度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的共享信道的方法，其特征在于，所述認知用戶引入干擾溫度的計算公式為其中，Ic表示認知用戶發(fā)送端與授權(quán)用戶接收端之間衰減系數(shù)；Pt(fc，Bc)為認知用戶在注冊信道上的發(fā)送功率；k是泊爾茨曼常數(shù)1.38×10-23；fc是信道中心頻率；Bc是信道帶寬。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的共享信道的方法，其特征在于，步驟C具體包括以下步驟
C1.根據(jù)最大可用功率計算最大可傳輸距離；
C2.計算實際距離；
C3.比較實際距離與最大可傳輸距離，判斷所述實際距離是否小于等于所述最大可傳輸距離，若是，則調(diào)整認知用戶的發(fā)射功率，若否，則將認知用戶切換到空閑信道。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的共享信道的方法，其特征在于，所述空閑信道為空閑的注冊信道或備用的非注冊信道。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的共享信道的方法，其特征在于，所述步驟C1中最大可傳輸距離計算公式為其中，P*為所述認知用戶的無干擾的最大發(fā)射功率，r*為所述認知用戶無干擾傳輸?shù)淖畲缶嚯x，f(r*)為所述最大距離上路徑損耗；Ip為同一注冊信道其他用戶對所述認知用戶的干擾；Qn為熱噪聲功率；γmin為滿足所述認知用戶接收端解碼要求的最小信號功率同干擾與熱噪聲功率之和的比。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的共享信道的方法，其特征在于，步驟C2中計算所述實際距離r采用路徑損耗計算得出，計算公式如下
其中，Ptr為發(fā)送端功率；Pre為接收端功率，n是2～4之間的常數(shù)，用于代表不同的傳播環(huán)境。
10.一種共享信道的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括檢測模塊、處理模塊和操作模塊，所述檢測模塊用于檢測授權(quán)用戶出現(xiàn)并產(chǎn)生檢測信號且發(fā)送檢測信號；所述處理模塊與所述檢測模塊相連，接收檢測信號后分配注冊信道給授權(quán)用戶，測量保證授權(quán)用戶正常使用該注冊信道的干擾溫度閾值，并根據(jù)所述干擾溫度閾值獲得認知用戶的最大可用功率，且判斷認知用戶使用所述最大可用功率是否能進行數(shù)據(jù)傳輸，并發(fā)送判斷結(jié)果；所述操作模塊接收所述判斷結(jié)果，根據(jù)判斷結(jié)果調(diào)整認知用戶的發(fā)射功率或控制認知用戶切換到空閑信道。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的共享信道的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理模塊還用于計算信道的干擾溫度及認知用戶引入干擾溫度，建立干擾溫度模型，并根據(jù)干擾溫度模型計算認知用戶的最大可用功率。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的共享信道的系統(tǒng)，其特征在于，所述干擾溫度模型為所述信道的干擾溫度與所述認知用戶引入干擾溫度之和不大于信道的干擾溫度閾值。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的共享信道的系統(tǒng)，其特征在于，所述信道的干擾溫度的計算公式為其中，k是泊爾茨曼常數(shù)1.38×10-23，fc是信道中心頻率，Bc是信道帶寬，s(f)為射頻環(huán)境下功率譜密度。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的共享信道的系統(tǒng)，其特征在于，所述認知用戶引入干擾溫度的計算公式為其中，Lc表示認知用戶發(fā)送端與授權(quán)用戶接收端之間衰減系數(shù)；Pt(fc，Bc)為認知用戶在注冊信道上的發(fā)送功率；k是泊爾茨曼常數(shù)1.38×10-23；fc是信道中心頻率；Bc是信道帶寬。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至14中任一項所述的共享信道的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理模塊還用于根據(jù)最大可用功率計算最大可傳輸距離，計算實際距離，并比較所述實際距離與最大可傳輸距離，判斷所述實際距離是否小于等于所述最大可傳輸距離，若是，則調(diào)整認知用戶的發(fā)射功率，若否，則將認知用戶切換到空閑信道。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的共享信道的系統(tǒng)，其特征在于，所述空閑信道為空閑的注冊信道或備用的非注冊信道。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的共享信道的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理模塊獲取最大可傳輸距離采用如下計算公式其中，P*為所述認知用戶的無干擾的最大發(fā)射功率，r*為所述認知用戶無干擾傳輸?shù)淖畲缶嚯x，f(r*)為所述最大距離上路徑損耗；Ip為同一注冊信道其他用戶對所述認知用戶的干擾；Qn為熱噪聲功率；γmin為滿足所述認知用戶接收端解碼要求的最小信號功率同干擾與熱噪聲功率之和的比。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的共享信道的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理模塊計算實際距離r采用路徑損耗計算得出，計算公式如下
其中，Ptr為發(fā)送端功率；Pre為接收端功率，n是2～4之間的常數(shù)，用于代表不同的傳播環(huán)境。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種共享信道的方法，包括以下步驟A.為認知用戶分配空閑的注冊信道；B.檢測授權(quán)用戶是否出現(xiàn)，若是，則將所述注冊信道分配給授權(quán)用戶，并測量保證授權(quán)用戶正常使用該注冊信道的干擾溫度閾值，根據(jù)所述干擾溫度閾值獲得認知用戶的最大可用功率，若否，則繼續(xù)檢測；C.計算認知用戶使用該最大可用功率是否能進行數(shù)據(jù)傳輸，若是，則調(diào)整認知用戶的發(fā)射功率，若否，則將認知用戶切換到空閑信道。此外，還涉及一種共享信道的系統(tǒng)。上述共享信道的方法及系統(tǒng)，判斷認知用戶使用最大可用功率是否能進行數(shù)據(jù)傳輸進行控制認知用戶的動作，大大降低了頻譜切換率，提高了頻譜利用率及網(wǎng)絡(luò)性能，同時也提高了有效數(shù)據(jù)傳輸率。
文檔編號H04W16/14GK101808333SQ201010107330
公開日2010年8月18日 申請日期2010年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月2日
發(fā)明者陸佃杰, 黃曉霞, 呂婧, 劉聰, 樊建平 申請人:深圳先進技術(shù)研究院