本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種動(dòng)態(tài)頻譜管理系統(tǒng)和方法。

技術(shù)背景

當(dāng)前，用頻裝備主要還是采用固定頻率指配方式，頻率一經(jīng)指配就長期占用，從而造成一方面頻譜資源日趨緊張，另一方面分配出去的頻譜利用率低所形成的不可調(diào)和矛盾。此外，現(xiàn)行的頻率使用方式還存在著頻率用戶與頻譜管理是基本脫節(jié)的、頻率指配與頻譜感知也是脫節(jié)的等問題，頻率指配很難實(shí)現(xiàn)用戶頻率實(shí)時(shí)更換，用戶使用的頻率也很難實(shí)時(shí)地得到頻譜感知數(shù)據(jù)的支持，在頻率使用中不能在頻率指配的源頭上杜絕互擾問題。加之，固定頻率指配方式中，頻率一經(jīng)指配，其使用情況、網(wǎng)絡(luò)通聯(lián)情況頻管人員很難直觀掌握，無法及時(shí)對整個(gè)地域頻譜使用進(jìn)行調(diào)整。CN 203720360U公開了“一種帶GPRS無線通信的北斗模塊”，包括GPS/北斗定位模塊、集成于GPS/北斗定位模塊上的GPRS無線通信單元、與GPS/北斗定位模塊連接且用于供電的電源管理單元、分別與電源管理單元連接且用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)收發(fā)的射頻電路單元和用于定位計(jì)算的加速度傳感器，所述GPS/北斗定位模塊與加速度傳感器連接，所述GPS/北斗定位模塊與射頻電路單元連接。其優(yōu)點(diǎn)是，GPS/北斗定位模塊具有無線通信功能，整個(gè)模塊體積小，電路簡單；該北斗模塊設(shè)有外擴(kuò)功能接口，能給用戶提供所需的外圍接口電路，具備打印、顯示和攝像頭等擴(kuò)展功能。同時(shí)帶有加速度傳感器定位功能，實(shí)現(xiàn)了GPS/北斗雙模功能，功能完善，體積小，功耗小。

CN 102595420B公開了“一種動(dòng)態(tài)頻譜管理系統(tǒng)和方法”。包括：授權(quán)系統(tǒng)管理模塊與有信令交互通道的授權(quán)系統(tǒng)進(jìn)行信令交互，獲取授權(quán)系統(tǒng)的可供分配空閑頻譜信息；認(rèn)知無線電系統(tǒng)管理模塊與認(rèn)知無線電系統(tǒng)進(jìn)行信令交互，獲取認(rèn)知無線電系統(tǒng)檢測出的空閑頻譜信息，接收認(rèn)知無線電系統(tǒng)的頻率申請和把分配的頻率通知給認(rèn)知無線電系統(tǒng)；干擾評估模塊根據(jù)頻譜數(shù)據(jù)庫中的空閑頻譜信息，評估各認(rèn)知無線電系統(tǒng)占用各授權(quán)系統(tǒng)的各空閑頻譜時(shí)對各授權(quán)系統(tǒng)的干擾；頻譜分配模塊根據(jù)干擾評估結(jié)果、空閑頻譜信息及認(rèn)知無線電系統(tǒng)的頻率需求為認(rèn)知無線電系統(tǒng)分配授權(quán)系統(tǒng)的空閑頻譜。應(yīng)用本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)授權(quán)系統(tǒng)與多個(gè)認(rèn)知無線電系統(tǒng)高效、公平、可靠的動(dòng)態(tài)共享頻譜資源。毫無疑問，這是所述技術(shù)領(lǐng)域的一種有益的嘗試。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種動(dòng)態(tài)頻譜管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于無線通信系統(tǒng)，實(shí)時(shí)傳輸用戶頻率需求，實(shí)時(shí)對用頻裝備客戶端指配可用頻率，待用頻裝備任務(wù)完成后對頻率進(jìn)行釋放,解決了頻譜資源浪費(fèi)、利用率低的問題，并實(shí)現(xiàn)了頻譜管理和頻譜感知的有機(jī)結(jié)合。本發(fā)明還提供這種動(dòng)態(tài)頻譜管理方法。

本發(fā)明所述的一種動(dòng)態(tài)頻譜管理系統(tǒng)，包括：頻譜服務(wù)中心和用頻裝備客戶端兩部分。所述的頻譜服務(wù)中心包括：頻譜服務(wù)器和中心無線通信模塊。所述的頻譜服務(wù)器包括：動(dòng)態(tài)頻譜管理軟件和頻譜服務(wù)數(shù)據(jù)庫，頻譜服務(wù)數(shù)據(jù)庫包括頻率指配數(shù)據(jù)、頻譜感知數(shù)據(jù)、頻率劃分?jǐn)?shù)據(jù)、有效頻譜池和傳播模型庫等。所述的用頻裝備客戶端包括：控制單元和客戶端無線通信模塊。用頻裝備與連接控制單元，控制單元嵌入用頻裝備進(jìn)行實(shí)時(shí)換頻，或者人工實(shí)時(shí)換頻，控制單元和客戶端無線通信模塊相互連接，客戶端無線通信模塊與中心無線通信模塊通過衛(wèi)星信道或其他無線信道實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞，中心無線通信模塊和頻譜服務(wù)器連接，頻譜服務(wù)器接收頻譜感知網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)。

具體地，所述的客戶端無線通信模塊和中心無線通信模塊的選取包括北斗通信模塊或其他無線信道模塊。

一種動(dòng)態(tài)頻譜管理系統(tǒng)的工作方法，具體的工作方法包括：

第一步，用頻裝備需要使用頻率時(shí)，發(fā)送請求至用頻裝備客戶端。用頻裝備客戶端根據(jù)用頻裝備型號(hào)，通過無線通信模塊向頻譜服務(wù)中心上報(bào)用頻申請報(bào)文；所述的用頻申請報(bào)文包括裝備ID號(hào)、裝備型號(hào)、臺(tái)站經(jīng)緯度、通信對端信息。

第二步，頻譜服務(wù)中心守聽各用戶上報(bào)的用頻申請報(bào)文，根據(jù)申請計(jì)算出可用工作頻率，并及時(shí)將動(dòng)態(tài)頻譜管理輔助決策的指令通過無線通信模塊向各用戶或所有相關(guān)用戶下發(fā)頻率指配報(bào)文；所述的頻率指配報(bào)文包括裝備ID號(hào)、使用頻點(diǎn)、占用帶寬；所述的頻譜服務(wù)中心根據(jù)用頻申請報(bào)文中的信息，實(shí)時(shí)指配通信頻率和鏈路。

第三步，用頻裝備客戶端收到頻率指配報(bào)文后，用頻裝備自動(dòng)或人工設(shè)定在指配頻點(diǎn)工作；若在指配頻點(diǎn)用頻裝備正常工作，則向頻譜服務(wù)中心發(fā)送頻率可用報(bào)文，在有效頻譜池中將該頻點(diǎn)標(biāo)記為已指配；若在指配頻點(diǎn)不能正常工作，則用頻裝備客戶端再次進(jìn)行頻率申請工作，直至獲得可用頻點(diǎn)。

第四步，用頻裝備任務(wù)完成后，用頻裝備客戶端通過無線通信模塊向頻譜服務(wù)中心發(fā)送頻率釋放報(bào)文,并在有效頻譜池中將該頻點(diǎn)恢復(fù)為可指配。

所述的動(dòng)態(tài)頻譜管理輔助決策是動(dòng)態(tài)頻譜管理軟件通過動(dòng)態(tài)頻率指配算法，參照申請用戶的用頻參數(shù)、用頻規(guī)則、有效頻譜池?cái)?shù)據(jù)以及用頻裝備數(shù)據(jù)對頻率進(jìn)行指配。

所述的動(dòng)態(tài)頻率指配算法是根據(jù)用戶優(yōu)先等級和用頻規(guī)則，從有效頻譜池中自動(dòng)選擇對應(yīng)等級的頻譜資源進(jìn)行指配；動(dòng)態(tài)頻率的指配是用頻裝備客戶端和頻譜服務(wù)中心通過動(dòng)態(tài)頻譜管理協(xié)議實(shí)現(xiàn)；所述的動(dòng)態(tài)頻譜管理協(xié)議包含頻率申請參數(shù)、用戶經(jīng)緯度、通信對端信息，具有報(bào)文類型判斷、用戶認(rèn)證、狀態(tài)確認(rèn)功能。

具體地，頻譜服務(wù)中心指配通信頻率和鏈路后，在電子地圖上標(biāo)記對應(yīng)鏈路；頻譜服務(wù)中心收到用頻裝備客戶端發(fā)出的頻率可用報(bào)文后，在電子地圖上標(biāo)注對應(yīng)鏈路的使用狀態(tài)；頻譜服務(wù)中心收到頻率釋放報(bào)文后，在電子地圖上將對應(yīng)鏈路和臺(tái)站圖標(biāo)刪除。

具體地，頻譜服務(wù)數(shù)據(jù)庫包含頻率指配數(shù)據(jù)、頻譜感知數(shù)據(jù)、頻率劃分?jǐn)?shù)據(jù)、有效頻譜池和傳播模型庫，并將當(dāng)前頻譜資源劃分情況、占用情況、空閑情況的態(tài)勢信息通過報(bào)表、餅圖、頻譜圖的形式實(shí)時(shí)顯示。

本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)傳輸用戶頻率需求，頻譜服務(wù)中心根據(jù)頻率使用情況實(shí)時(shí)對用頻裝備客戶端指配可用頻率，待用頻裝備任務(wù)完成后對頻率進(jìn)行釋放。頻譜服務(wù)中心與頻譜監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、電離層探測網(wǎng)絡(luò)等頻譜感知系統(tǒng)連接，在頻譜服務(wù)數(shù)據(jù)庫中自動(dòng)更新可用頻譜資源作為有效頻譜池，動(dòng)態(tài)指配頻率點(diǎn)，優(yōu)化利用頻譜資源，提高了頻率的利用率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)頻譜管理與頻譜感知有機(jī)結(jié)合。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明通信流程圖；

圖3是動(dòng)態(tài)頻譜管理軟件的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

本發(fā)明通過北斗通信模塊的短報(bào)文交互功能實(shí)現(xiàn)用戶與頻譜服務(wù)中心的“頻率需求-頻率指配”動(dòng)態(tài)頻譜管理。動(dòng)態(tài)頻譜管理系統(tǒng)根據(jù)不同地域、不同網(wǎng)絡(luò)或者不同部門各自建立，各個(gè)頻譜服務(wù)中心既可以獨(dú)立運(yùn)行，也可以組成網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行運(yùn)行。

參見圖1所示的一種動(dòng)態(tài)頻譜管理系統(tǒng)，包括：頻譜服務(wù)中心1和用頻裝備客戶端2兩部分。所述的頻譜服務(wù)中心1包括：頻譜服務(wù)器3和中心無線通信模塊4。所述的頻譜服務(wù)器3包括：動(dòng)態(tài)頻譜管理軟件和頻譜服務(wù)數(shù)據(jù)庫。所述的用頻裝備客戶端2連接用頻裝備包括：控制單元5和客戶端無線通信模塊6。用頻裝備8與控制單元5連接，控制單元5和客戶端無線通信模塊6相互連接，客戶端無線通信模塊6與中心無線通信模塊4通過衛(wèi)星7實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞，中心無線通信模塊4和頻譜服務(wù)器3連接，頻譜服務(wù)器3接收頻譜感知網(wǎng)絡(luò)9的數(shù)據(jù)。

具體地，所述的客戶端無線通信模塊6和中心無線通信模塊4的選取包括北斗通信模塊，不但能夠獲取用頻裝備8自身經(jīng)緯度信息，還能夠通過北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)短報(bào)文功能向頻譜服務(wù)中心1上報(bào)使用頻率申請的短報(bào)文。

如圖1為一種動(dòng)態(tài)頻譜管理系統(tǒng)的工作方法，具體的工作方法包括：

第一步，用頻裝備8需要使用頻率時(shí)，發(fā)送請求至用頻裝備客戶端2；用頻裝備客戶端2根據(jù)用頻裝備型號(hào)，通過無線通信模塊向頻譜服務(wù)中心1上報(bào)用頻申請報(bào)文；所述的用頻申請報(bào)文包括裝備ID號(hào)、裝備型號(hào)、臺(tái)站經(jīng)緯度、通信對端信息。

第二步，頻譜服務(wù)中心1守聽各用戶上報(bào)的用頻申請報(bào)文，根據(jù)申請計(jì)算出可用工作頻率，并及時(shí)將動(dòng)態(tài)頻譜管理輔助決策的指令通過無線通信模塊向各用戶或所有相關(guān)用戶下發(fā)頻率指配報(bào)文；所述的頻率指配報(bào)文包括裝備ID號(hào)、使用頻點(diǎn)、占用帶寬；所述的頻譜服務(wù)中心1根據(jù)用頻申請報(bào)文中的信息，實(shí)時(shí)指配通信頻率和鏈路。

第三步，用頻裝備客戶端2收到頻率指配報(bào)文后，用頻裝備8自動(dòng)或人工設(shè)定在指配頻點(diǎn)工作；若在指配頻點(diǎn)用頻裝備能夠正常工作，則向頻譜服務(wù)中心1發(fā)送頻率可用報(bào)文，在有效頻譜池中將該頻點(diǎn)標(biāo)記為已指配；若在指配頻點(diǎn)不能正常工作，則用頻裝備客戶端2再次進(jìn)行頻率申請工作，直至獲得可用頻點(diǎn)。

第四步，用頻裝備8任務(wù)完成后，用頻裝備客戶端2通過無線通信模塊向頻譜服務(wù)中心1發(fā)送頻率釋放報(bào)文,并在有效頻譜池中將該頻點(diǎn)恢復(fù)為可指配。

動(dòng)態(tài)頻譜管理輔助決策是動(dòng)態(tài)頻譜管理軟件通過動(dòng)態(tài)頻率指配算法，參照申請用戶的用頻參數(shù)、用頻規(guī)則、有效頻譜池?cái)?shù)據(jù)以及用頻裝備數(shù)據(jù)對頻率進(jìn)行指配。

動(dòng)態(tài)頻率指配算法是根據(jù)用戶優(yōu)先等級和用頻規(guī)則，從有效頻譜池中自動(dòng)選擇對應(yīng)等級的頻譜資源進(jìn)行指配；動(dòng)態(tài)頻率的指配是用頻裝備客戶端2和頻譜服務(wù)中心1通過動(dòng)態(tài)頻譜管理協(xié)議實(shí)現(xiàn)。所述的動(dòng)態(tài)頻譜管理協(xié)議包含頻率申請參數(shù)、用戶經(jīng)緯度、通信對端信息，具有報(bào)文類型判斷、用戶認(rèn)證、狀態(tài)確認(rèn)功能。

具體地，頻譜服務(wù)中心1指配通信頻率和鏈路后，在電子地圖上標(biāo)記對應(yīng)鏈路；頻譜服務(wù)中心1收到用頻裝備客戶端2發(fā)出的頻率可用報(bào)文后，在電子地圖上標(biāo)注對應(yīng)鏈路的使用狀態(tài)；頻譜服務(wù)中心1收到頻率釋放報(bào)文后，在電子地圖上將對應(yīng)鏈路和臺(tái)站圖標(biāo)刪除。

具體地，頻譜服務(wù)數(shù)據(jù)庫包含頻率指配數(shù)據(jù)、頻譜感知數(shù)據(jù)、頻率劃分?jǐn)?shù)據(jù)、有效頻譜池和傳播模型庫，并將當(dāng)前頻譜資源劃分情況、占用情況、空閑情況的態(tài)勢信息通過報(bào)表、餅圖、頻譜圖的形式實(shí)時(shí)顯示。

在頻譜服務(wù)中心1，動(dòng)態(tài)頻譜管理軟件根據(jù)用頻規(guī)則、頻段占用情況，自動(dòng)排除已占用頻點(diǎn)、干擾頻點(diǎn)、保護(hù)頻點(diǎn)，再結(jié)合頻譜監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、電離層探測網(wǎng)絡(luò)等頻譜感知系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測頻譜使用的情況，給出使用頻率建議，發(fā)給申請用戶和相關(guān)用戶，從而實(shí)現(xiàn)選頻輔助決策。

如圖2所示，系統(tǒng)通信流程為“客戶端申請頻率——服務(wù)中心指配頻率——客戶端使用最佳頻率工作——客戶端任務(wù)完成發(fā)出釋放頻率信息——服務(wù)中心頻率回收——服務(wù)中心更新有效頻譜池”。

圖3是動(dòng)態(tài)頻譜管理軟件的流程圖。

初始階段，動(dòng)態(tài)頻譜管理軟件處于守聽用戶報(bào)文狀態(tài)；當(dāng)收到報(bào)文時(shí)，首先進(jìn)行用戶身份認(rèn)證；通過認(rèn)證后，軟件判斷收到的報(bào)文類型。

若軟件判斷收到的報(bào)文為頻率申請報(bào)文，則解析報(bào)文中的頻率申請參數(shù)，并根據(jù)動(dòng)態(tài)頻率指配算法，從有效頻譜池中選擇可用頻率，生成頻率指配報(bào)文向相關(guān)用戶發(fā)送；并在服務(wù)端電子地圖上標(biāo)記鏈路；同時(shí)在服務(wù)端有效頻譜池?cái)?shù)據(jù)庫中將該頻率標(biāo)記為“已指配”；然后，軟件重回守聽用戶報(bào)文狀態(tài)。

若軟件判斷收到的報(bào)文為頻率可用報(bào)文，則在服務(wù)端電子地圖上標(biāo)注該鏈路狀態(tài)為“正?！?在服務(wù)端有效頻譜池?cái)?shù)據(jù)庫中將該頻率標(biāo)記為“正常使用中”；然后，軟件重回守聽用戶報(bào)文狀態(tài)。

若軟件判斷收到的報(bào)文為頻率釋放報(bào)文，則在服務(wù)端電子地圖上將該鏈路刪除，并在服務(wù)端有效頻譜池?cái)?shù)據(jù)庫中將該頻率恢復(fù)為“可指配”；然后，軟件重回守聽用戶報(bào)文狀態(tài)。

在軟件運(yùn)行過程中，軟件可自動(dòng)或手動(dòng)通過頻譜感知網(wǎng)絡(luò)獲取頻譜感知數(shù)據(jù)，并根據(jù)頻譜感知數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)更新有效頻譜池?cái)?shù)據(jù)庫，將超過門限值的頻率點(diǎn)在有效頻譜池?cái)?shù)據(jù)庫中刪除。