一種頻譜感知方法及系統(tǒng)與流程

本發(fā)明涉及無線通信技術領域，具體涉及一種頻譜感知方法及系統(tǒng)。

背景技術：

目前，223～235MHz頻段規(guī)劃給遙測、遙控、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葮I(yè)務，主要用于能源、軍隊、氣象、地震、建設、水利、地礦、輕工等重點行業(yè)。該頻段采用固定分配方式進行頻譜管理，頻點帶寬為25kHz，各行業(yè)頻點處于離散分布狀態(tài)。

隨著工業(yè)化和信息化的深度融合，各行業(yè)用戶如電力、石油等對無線專網(wǎng)的帶寬提出越來越多的需求。目前我國針對專網(wǎng)頻率主要采用固定分配方式進行頻譜管理，但隨著行業(yè)用戶帶寬需求的增加，傳統(tǒng)的專網(wǎng)頻段已經(jīng)無法滿足行業(yè)用戶的需求。另一方面，由于行業(yè)用戶的業(yè)務特征，導致頻譜資源利用率不高，造成一定程度上的浪費。頻譜資源的缺乏更多是由于現(xiàn)有的基于靜態(tài)控制的頻譜管理與分配策略所造成的。

目前的感知系統(tǒng)通常基于主用戶檢測的認知無線電模型，次級用戶根據(jù)動態(tài)感知的檢測結果，自主占用空閑頻譜，實現(xiàn)多個系統(tǒng)之間的頻譜共享。感知系統(tǒng)每40個無線幀有一個上行靜默期，可以用來實現(xiàn)靜默期感知?？紤]到數(shù)傳電臺等主用戶系統(tǒng)的業(yè)務非連續(xù)性特點，僅僅通過每秒一次，每次時長18ms的靜默期檢測，無法快速準確地判斷感知頻點的忙閑狀態(tài)。例如，若連續(xù)多次的靜默期都恰好遇上實際業(yè)務的DTX階段，此時就會出現(xiàn)漏檢。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術無法快速準確地判斷感知頻點的忙閑狀態(tài)、且容易 出現(xiàn)漏檢情況的缺陷，本發(fā)明提供了一種頻譜感知方法及系統(tǒng)。

第一方面，本發(fā)明提供了一種頻譜感知方法，該方法包括：

間隔第一感知周期，利用感知系統(tǒng)中無線幀的保護間隔GP對主用戶發(fā)射端進行檢測，獲得第一檢測結果；

將所述第一檢測結果與第一預設閾值進行比較；

若所述第一檢測結果大于等于第一預設閾值，則判定存在主用戶占用信號。

優(yōu)選地，該方法還包括：

間隔第二感知周期，利用無線幀中的靜默幀對主用戶發(fā)射端進行檢測，獲得第二檢測結果；

將所述第二檢測結果與第二預設閾值進行比較；

若所述第二檢測結果大于等于第二預設閾值，則判定存在主用戶占用信號；

其中，所述第二感知周期大于所述第一感知周期。

優(yōu)選地，該方法還包括：

若存在主用戶占用信號，則認知用戶退出信道，以避免對主用戶的干擾。

優(yōu)選地，所述利用保護間隔GP對主用戶發(fā)射端進行檢測，獲得第一檢測結果，包括：

利用GP對主用戶發(fā)射端進行能量檢測；

對認知用戶接收到信號的能量進行一定時間的累積，根據(jù)公式一獲得累積的統(tǒng)計量T(x)：

$T\left(x\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{\left|x\left(i\right)\right|}^2$ 公式一

其中，x(i)表示認知用戶(次級用戶)的接收信號，N是檢測樣點數(shù)，i是檢測樣點的序號，N、i均為正整數(shù)。

優(yōu)選地，所述利用靜默幀對主用戶發(fā)射端進行檢測，獲得第二檢測結果，包括：

利用靜默幀對主用戶發(fā)射端進行能量檢測或循環(huán)平穩(wěn)特征檢測；

若采用能量檢測，對認知用戶接收到信號的能量進行一定時間的累積，獲得累積的統(tǒng)計量；

若采用循環(huán)平穩(wěn)特征檢測，則根據(jù)公式二獲得檢測統(tǒng)計量T(x)：

$T\left(x\right)=\underset{\mathrm{\α}}{\Σ}\underset{f=0}{\overset{L-1}{\Σ}}{S}_x(f;\mathrm{\α})S_x(f;\mathrm{\α})$ 公式二

其中，S_x(f；α)是譜相關函數(shù)，且N是檢測樣點數(shù)，i是檢測樣點的序號，N、i均為正整數(shù)，α為循環(huán)頻率，且大于等于0，L表示循環(huán)周期，f表示頻率。

第二方面，本發(fā)明提供了一種頻譜感知系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

第一檢測單元，用于間隔第一感知周期，利用感知系統(tǒng)中無線幀的保護間隔GP對主用戶發(fā)射端進行檢測，獲得第一檢測結果；

第一比較單元，用于將所述第一檢測結果與第一預設閾值進行比較；

第一判定單元，用于當所述第一檢測結果大于等于第一預設閾值時，判定存在主用戶占用信號。

優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括：

第二檢測單元，用于間隔第二感知周期，利用無線幀中的靜默幀對主用戶發(fā)射端進行檢測，獲得第二檢測結果；

第二比較單元，用于將所述第二檢測結果與第二預設閾值進行比較；

第二判定單元，用于當所述第二檢測結果大于等于第二預設閾值時，判定存在主用戶占用信號；

其中，所述第二感知周期大于所述第一感知周期。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括避讓單元，用于：

若存在主用戶占用信號，則認知用戶退出信道，以避免對主用戶 的干擾。

優(yōu)選地，所述第一檢測單元，用于：

利用GP對主用戶發(fā)射端進行能量檢測；

對認知用戶接收到信號的能量進行一定時間的累積，根據(jù)公式一獲得累積的統(tǒng)計量T(x)：

$T\left(x\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{\left|x\left(i\right)\right|}^2$ 公式一

其中，x(i)表示認知用戶(次級用戶)的接收信號，N是檢測樣點數(shù)，i是檢測樣點的序號，N、i均為正整數(shù)。

優(yōu)選地，所述第二檢測單元，用于：

利用靜默幀對主用戶發(fā)射端進行能量檢測或循環(huán)平穩(wěn)特征檢測；

若采用能量檢測，對認知用戶接收到信號的能量進行一定時間的累積，獲得累積的統(tǒng)計量；

若采用循環(huán)平穩(wěn)特征檢測，則根據(jù)公式二獲得檢測統(tǒng)計量T(x)：

$T\left(x\right)=\underset{\mathrm{\α}}{\Σ}\underset{f=0}{\overset{L-1}{\Σ}}{S}_x(f;\mathrm{\α})S_x(f;\mathrm{\α})$ 公式二

其中，S_x(f；α)是譜相關函數(shù)，且N是檢測樣點數(shù)，i是檢測樣點的序號，N、i均為正整數(shù)，α為循環(huán)頻率，且大于等于0，L表示循環(huán)周期，f表示頻率。

由上述技術方案可知，本發(fā)明提供一種頻譜感知方法及系統(tǒng)，利用無線幀的GP(Guard Period，保護間隔)進行感知，GP感知周期較短，如此在主用戶信號較大的情況下，通過GP感知實現(xiàn)快速檢測及避讓；進一步地，通過感知周期較長的靜默幀進行檢測，可在主用戶信號較小的情況下，利用靜默幀進行感知。本發(fā)明能夠進一步提高感知算法的檢測性能，降低感知周期時長，從而更好地實現(xiàn)頻譜共享和干擾避讓。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明一實施例提供的一種頻譜感知方法的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明另一實施例提供的一種頻譜感知方法的流程示意圖；

圖3是本發(fā)明另一實施例提供的一種頻譜感知方法的示意圖；

圖4是本發(fā)明一實施例提供的一種頻譜感知系統(tǒng)的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1所示，為本發(fā)明一實施例提供的一種頻譜感知方法的流程示意圖，該方法包括如下步驟：

S101：間隔第一感知周期，利用感知系統(tǒng)中無線幀的保護間隔GP對主用戶發(fā)射端進行檢測，獲得第一檢測結果。

其中，第一感知周期可為無線幀中GP子幀間的時間間隔，舉例來說，第一感知周期為25ms或50ms等。GP為無線幀中的特殊子幀，是TDD系統(tǒng)中上下行轉換間隔，避免上行與下行之間的干擾。

S102：將所述第一檢測結果與第一預設閾值進行比較。

S103：若所述第一檢測結果大于等于第一預設閾值，則判定存在主用戶占用信號。

本實施例中，步驟S101中利用保護間隔GP對主用戶發(fā)射端進行檢測，獲得第一檢測結果，具體包括：

A01：利用GP對主用戶發(fā)射端進行能量檢測；

A02：對認知用戶接收到信號的能量進行一定時間的累積，根據(jù)式(1)獲得累積的統(tǒng)計量T(x)：

$T\left(x\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{\left|x\left(i\right)\right|}^2$ (1)

其中，x(i)表示認知用戶(次級用戶)的接收信號，N是檢測樣點數(shù)，i是檢測樣點的序號，N、i均為正整數(shù)。

進一步地，S102中的第一預設閾值即為判決門限，若采用能量檢測，則判決門限為樣點數(shù)和噪聲方差的函數(shù)。

舉例來說，GP總共71Ts，扣除射頻開關切換時間，信號傳播多徑效應及其他鄰區(qū)信號越區(qū)傳播等因素，實際可用采樣點為27Ts，則通過步驟S1至S3的方法，可檢測信噪比4dB以上的主用戶信號。

本實施例提供了一種頻譜感知方法，利用無線幀的GP(Guard Period，保護間隔)進行感知，GP感知周期較短，如此在主用戶信號較大的情況下，通過GP感知實現(xiàn)快速檢測及避讓。

由此可見，利用GP只能檢測功率較大的主用戶信號，表明主用戶發(fā)射機距離較近；而對于功率較小的主用戶信號，表明主用戶發(fā)射機距離較遠，即使連續(xù)多個GP檢測出現(xiàn)漏檢，雙方的信號干擾可不能不會太嚴重。

但為了進一步地檢測功率較小的主用戶信號，該方法還包括如下步驟：

S201：間隔第二感知周期，利用無線幀中的靜默幀對主用戶發(fā)射端進行檢測，獲得第二檢測結果。

其中，第二感知周期可為無線幀中靜默幀間的時間間隔。如圖3所示，感知系統(tǒng)每40個無線幀有一個上行靜默期，可以用來實現(xiàn)靜默期感知，則第二感知周期可為1s。

S202：將所述第二檢測結果與第二預設閾值進行比較。

S203：若所述第二檢測結果大于等于第二預設閾值，則判定存在 主用戶占用信號；

其中，所述第二感知周期大于所述第一感知周期。

本實施例中，該方法還包括如下步驟：

若存在主用戶占用信號，則認知用戶退出信道，以避免對主用戶的干擾。

由此可見，通過GP感知和靜默幀感知實現(xiàn)檢測及避讓。

本實施例中，步驟S201中利用靜默幀對主用戶發(fā)射端進行檢測，獲得第二檢測結果，包括：

B01、利用靜默幀對主用戶發(fā)射端進行能量檢測或循環(huán)平穩(wěn)特征檢測；

B02、若采用能量檢測，對認知用戶接收到信號的能量進行一定時間的累積，獲得累積的統(tǒng)計量。

具體來說，根據(jù)式(1)求得檢測統(tǒng)計量，并進一步根據(jù)統(tǒng)計量進行判斷。

B03、若采用循環(huán)平穩(wěn)特征檢測，則根據(jù)式(2)獲得檢測統(tǒng)計量T(x)：

$T\left(x\right)=\underset{\mathrm{\α}}{\Σ}\underset{f=0}{\overset{L-1}{\Σ}}{S}_x(f;\mathrm{\α})S_x(f;\mathrm{\α})$ (2)

其中，S_x(f；α)是譜相關函數(shù)，且N是檢測樣點數(shù)，i是檢測樣點的序號，N、i均為正整數(shù)，α為循環(huán)頻率，且大于等于0，L表示循環(huán)周期，f表示頻率。

舉例來說，靜默幀可用采樣點約為2204Ts，則若采用能量檢測，參照仿真性能曲線，可檢測信噪比-6.5dB以上的主用戶占用信號。

本實施例提供了一種頻譜感知的方法，結合GP感知和靜默期感知，通過設置不同的感知周期，能夠進一步提高感知算法的檢測性能，降低感知周期時長，從而更好地實現(xiàn)頻譜共享和干擾避讓。

如圖4所示，為本發(fā)明一實施例提供的一種頻譜感知系統(tǒng)的結構示意圖，該系統(tǒng)包括第一檢測單元401、第一比較單元402及第一判定單元403。其中：

第一檢測單元401，用于間隔第一感知周期，利用感知系統(tǒng)中無線幀的保護間隔GP對主用戶發(fā)射端進行檢測，獲得第一檢測結果。

第一比較單元402，用于將所述第一檢測結果與第一預設閾值進行比較。

第一判定單元403，用于當所述第一檢測結果大于等于第一預設閾值時，判定存在主用戶占用信號。

本實施例中，該系統(tǒng)還包括：

第二檢測單元，用于間隔第二感知周期，利用無線幀中的靜默幀對主用戶發(fā)射端進行檢測，獲得第二檢測結果；

第二比較單元，用于將所述第二檢測結果與第二預設閾值進行比較；

第二判定單元，用于當所述第二檢測結果大于等于第二預設閾值時，判定存在主用戶占用信號；

其中，所述第二感知周期大于所述第一感知周期。

本實施例中，所述系統(tǒng)還包括避讓單元，用于：

若存在主用戶占用信號，則認知用戶退出信道，以避免對主用戶的干擾。

本實施例中，第一檢測單元401，用于：

利用GP對主用戶發(fā)射端進行能量檢測；

對認知用戶接收到信號的能量進行一定時間的累積，根據(jù)公式一獲得累積的統(tǒng)計量T(x)：

$T\left(x\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{\left|x\left(i\right)\right|}^2$ 公式一

其中，x(i)表示認知用戶(次級用戶)的接收信號，N是檢測樣點數(shù)，i是檢測樣點的序號，N、i均為正整數(shù)。

本實施例中，所述第二檢測單元，用于：

利用靜默幀對主用戶發(fā)射端進行能量檢測或循環(huán)平穩(wěn)特征檢測；

若采用能量檢測，對認知用戶接收到信號的能量進行一定時間的累積，獲得累積的統(tǒng)計量；

若采用循環(huán)平穩(wěn)特征檢測，則根據(jù)公式二獲得檢測統(tǒng)計量T(x)：

$T\left(x\right)=\underset{\mathrm{\α}}{\Σ}\underset{f=0}{\overset{L-1}{\Σ}}{S}_x(f;\mathrm{\α})S_x(f;\mathrm{\α})$ 公式二

其中，S_x(f；α)是譜相關函數(shù)，且N是檢測樣點數(shù)，i是檢測樣點的序號，N、i均為正整數(shù)，α為循環(huán)頻率，且大于等于0，L表示循環(huán)周期，f表示頻率。

對于裝置實施例而言，由于其與方法實施例基本相似，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。

以上實施方式僅適于說明本公開，而并非對本公開的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本公開的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本公開的范疇，本公開的專利保護范圍應由權利要求限定。