CN101370282B - 认知系统感知信道的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种认知系统感知信道的方法及装置。其主要包括：首先，在本地认知系统中，根据本地认知系统中的当前信道的占用状态确定对应的针对信道的检测策略；之后，执行所述检测策略，对当前信道的进行信道占用情况的检测。因此，本发明实施例可以根据预测的时间，信号类型等参数灵活选择相应信道检测操作，从而减少周期性检测带来的负荷，合理地使用信道检测资源。

Description

认知系统感知信道的方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种认知系统感知信道的方法及装置。

背景技术

认知无线电技术是一种可以保证在不干扰授权用户的前提下，高效、灵活地使用频谱空洞的技术，其中，所述的频谱空洞是指在一定时间和空间下未被占用的频段。由于认知无线电技术能够有效提高针对有限的频谱资源的利用率，因此，近年来认知无线电技术逐渐得到业界的广泛关注。

基于认知无线电技术的认知系统具有感知信道能力，通过该感知功能确保认知系统能够在不干扰授权用户的情况下，灵活使用授权用户频段。若认知系统检测到授权用户占用信道，则在一定的时间内退出授权用户占用信道，保证授权用户能够正常使用相应信道。

在认知系统中，相应的感知功能是由系统内基站和终端共同完成的，即在终端接入认知系统后需要进行感知，并将感知结果反馈给服务基站，通过该分布式感知方式可以有效提高整个认知系统的感知能力，从而有效避免认知系统对授权用户的干扰。

接入认知系统的终端在进行感知过程中，既可以自主进行感知，也可以在基站的调度下进行感知。

认知系统在感知信道过程中需要对信道进行检测，具体可以周期性对信道进行检测，包括带内检测和带外检测，以便及时更新频谱占用地图。其中，带内检测是指在认知系统的工作信道执行的检测，为实现带内检测需要 周期性的安排静默期，由基站和用户终端共同进行授权用户检测，所述的静默期是指为准确感知到工作信道内是否存在授权用户而设定的一个频率时间块，认知系统在该静默期内需要停止工作信道上的上、下行数据传输，并仅检测信道上可能存在的授权用户信号；带外检测是指在认知系统的工作信道外的其他信道上执行的检测，且带外检测需要周期性调度终端用户进行检测。具体地，在带内检测过程中包括：首先安排周期性静默期，在静默期时，进行粗检测；之后，如果在静默期内检测到大于门限的信号，则安排精检测，以确认授权用户的信号类型(如电视信号或麦克风信号等)。

除采用周期性信道检测方式外，目前还可以引入两个独立开关变量，通过该开关变量描述信道占用和空闲情况；这样，便可以根据信道统计规律估计信道占用和空闲情况得到开关变量的分布函数，进而根据开关变量的分布函数估计出合适的信道检测时机，从而实现自适应的设置检测周期。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

在上述周期性信道检测方案中，由于针对不同的信道上不同信号的检测需要占用大量的终端资源，使得信道检测过程将导致终端负荷过大；

在上述引入开关变量的信道检测方案中，则由于需要实时估计信道的分布函数，使得整个实现过程复杂度较高；而且，由于信道可能被多种授权用户和非授权用户占用，很难估计出统一的关于信道的开关变量分布函数，因此，该信道检测方案在实际应用中存在一定的实现难度。

发明内容

本发明的实施例提供了一种认知系统感知信道的方法及装置，以合理选择执行信道检测的时刻，从而使得信道检测资源能够被合理地使用。

本发明实施例提供了一种认知系统感知信道的方法，包括：

在本地认知系统中，根据本地认知系统中的信道的占用状态和信道的使 用情况确定对应的针对信道的检测策略；

执行所述检测策略，对当前信道的进行信道占用情况的检测。

本发明实施例提供了一种认知系统感知信道的装置，包括：

检测策略选择单元，在本地认知系统中，用于根据本地认知系统中的信道的占用状态和信道的使用情况确定对应的针对信道的检测策略；

信道检测单元，用于执行所述检测策略选择单元选择的检测策略，对当前信道的进行信道占用情况的检测。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例可以准确地选择在相应时间执行信道检测操作，从而减少周期性检测带来的负荷，合理地使用信道检测资源。

附图说明

图1为本发明实施例提供的信道检测处理方案示意图；

图2为本发明实施例提供的装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例中，具体可以根据之前检测获得的信道的占用状态和认知系统对信道的使用情况，将在信道上的授权用户检测分为周期性检测方式、动态检测方式或事件驱动检测方式等检测策略。从而解决现有技术中采用的周期性检测导致负荷过重的问题，以及解决了采用信道分布函数动态调整检测周期的工程上难于实现的问题。

进一步地，本发明实施例是根据本地认知系统中的信道的占用状态和信道的使用情况确定对应的针对信道的检测策略，即可以根据前一次检测确定的信道的占用状态和认知系统对信道的使用情况(比如该信道为工作信道或候选信道或被邻居认知系统作为工作信道，等等)，选择启动周期性检测方式、动态检测方式或由事件驱动检测的方式进行信道检测。例如，在信道检测过程中，可以结合频谱使用的历史数据，动态分配授权用户信号感知任务，动态设定检测周期，等等。其中，所述占用状态可以为授权用户占用状态、本地认知系统占用状态、邻居认知系统占用状态或信道空闲状态等。

在实现本发明实施例过程中，相应的动态检测方式可以为：在信道空闲状态或本地认知系统占用状态下，根据预测的授权用户占用信道的时间确定对信道进行检测的时刻；或者，也可以为在授权用户占用状态下，根据预测的授权用户释放信道的时间确定动态调整信道检测周期的时刻。为此，需要预先保存信息用来预测的授权用户占用信道的时间或释放信道的时间，所述预先保存的信息包括授权用户信号类型、时间信息(即所述授权用户占用信道的时间或释放信道的时间)和信道标识(用于识别出某一具体信道)，相应的，具体可以采用授权用户信号类型索引所述预先保存的相应信息，当然，也可以采用其他信息索引所述预先保存的相应信息。

在实现本发明实施例过程中，相应的事件驱动检测方式可以为：在邻居认知系统占用状态下，根据获得的邻居认知系统发来的信息执行信道检测操作；或者，也可以在信道空闲状态下，根据认知系统中发生的事件执行信道检测操作，例如，在发生信道切换事件后，便可以触发相应的信道检测过程，具体地，可以但不限于根据信道的上一次检测时间优先选择最近检测过的信道执行信道检测操作。

本发明实施例在具体应用过程中，参照图1所示，具体可以根据感知结果将频谱资源(即信道)分为：已占用信道、空闲信道和不可用信道；其中，已占用信道可以分为：授权用户占用和认知系统占用(包括本地认知系统占用和邻居认知系统占用)两种；相应的不可用信道是指不能被认知系统使用的信道，对该类信道无需检测。根据分类结果可知，认知系统需要在已占用信道和空闲信道集合频段上安排检测，以感知授权用户及空闲信道。

目前，针对信道的检测包括带内检测和带外检测，其中，在工作信道上执行的带内检测的目的是为了避免对授权用户的干扰，在工作信道外的其他信道上执行的带外检测的目的是为了尽快地发现空闲信道。下面将分别对带内和带外检测的实现过程进行说明。

(1)带内检测的实现过程

在带内检测过程中，具体可以采用实现方案包括：

方案一：周期性检测方式

对于无法预测下一个占用信道的授权用户出现的时间的情况，则为了保证不对授权用户产生干扰，可以采用周期性检测的方式执行带内检测，例如，对于认知系统占用状态的信道，若无法预测授权用户的出现时间，则可采用周期性检测方式执行信道检测；

在该方案中，周期性测量的周期的设定需要满足认知系统的要求，即相应的测量周期期间要求不能造成对授权用户的干扰，例如，若认知系统对授权用户的干扰不超过时间长度T，则相应的测量周期需要小于时间值T。例如，参照图1所示，针对工作信道，具体可以设置相应的检测周期T1，并根据该周期T1执行针对工作信道的信道能量检测操作。

方案二：事件驱动检测方式

当能量检测寻找能量大于门限的干扰信号时，如果t2时刻在信道v2上，能量检测大于门限，则查历史数据，根据所述历史数据预测在t2时刻，信道v2上可能出现授权用户u2，则安排调度最有可能出现在该时频的授权用户的信号类型u2对应的特征检测操作，即分配在t2时刻检测信道v2上执行针对授权用户的信号类型u2的检测操作。

(2)带外检测的实现过程

对于带外感知，即带外检测的情况，根据最新一次的感知结果，具体可以区分为：对授权用户占用信道感知、对邻居认知系统占用信道感知，以及 对空闲信道的感知，下面将分别对各感知过程进行说明：

过程一：对授权用户占用信道感知

对于授权用户占用信道的感知，具体可以根据信号类型、预测该授权用户释放信道的时间和预测最佳授权用户检测时机信息中的一项或多项动态设置生成针对授权用户占用信道的检测任务，即动态调整相应的针对授权用户占用信道的检测周期，以实现采用动态检测方式对信道进行检测；例如，在预测的授权用户释放信道的时间附近，则可以缩小检测周期，以便于尽快检测到可以利用的频谱，或者，在预测授权用户释放信道的时间前(即在预测的授权用户释放信道的时间附近之前)，则可以增大检测周期，以节省系统资源。如图1所示，当预测释放信道时间t3时，则在t3时间附近将被认为是最佳开始检测时机，即在t3时刻后采用远小于设定的初始化检测周期T2的检测周期T3执行信号特征检测操作。

过程二：对邻居认知系统占用信道感知

对于邻居认知系统占用信道的感知，认知系统可以不安排周期信道检测任务，而是由事件触发针对该信道上授权用户占用信道的检测；例如，通过认知系统间通讯获得的邻居认知系统的消息驱动生成相应的针对邻居认知系统的授权用户占用信道情况的检测任务，或者，也可以由邻居认知系统退出该系统事件或者由邻居认知系统其他频谱共享消息等驱动生成针对邻居认知系统的信道检测任务。如图1所示，若收到邻居认知系统发来的邻居释放信道的消息或协助测量请求消息等消息，则可以执行相应的事件驱动检测方式进行信道检测。

过程三：对空闲信道的感知

对于已经感知到的空闲信道，认知系统也可以不安排周期性授权用户检测，而由事件驱动执行相应的授权用户检测任务；例如，可以由切换为工作信道或者切换为候选信道等事件驱动生成对空闲信道的检测任务；其中，在 切换信道过程中，还可以将该信道上一次检测更新时间作为参考条件，并选择优先检测最近更新过信道占用状态为空闲的信道，即优先检测最新进入空闲状态的信道，以提高感知到有效的空闲信道的可能性。如图1所示，若负责整个频谱地图管理的信道管理模块发来切换工作/候选信道消息，则可以执行事件驱动检测方式进行信道检测。

例如WRAN系统为了实现带内和带外检测，通常定义了4种MAC(MediaAccess Control，媒体存取控制)消息：BLM-REQ(Bulk MeasurementRequest，测量请求)、BLM-RSP(Bulk Measurement Response，测量响应)、BLM-REP(Bulk Measurement Report，测量报告)、和BLM-ACK(Bulk Measurement Acknowledgement，测量确认)。一个BLM-REQ消息可以包括多个测量请求(Single Measurement Requests)消息，

在检测实现过程中，本发明实施例检测策略可以分为存在周期性的检测方式和不存在周期性的单次检测方式两类。对于周期性检测方式和动态检测方式等存在周期性的检测方式，认知系统需要设置检测周期参数(RestartDelay)，对于事件驱动检测，检测不存在周期性，为单次检测，不需要检测周期参数设置。本发明实施例为避免空口资源浪费，在测量请求消息格式中，根据检测策略所采取的检测方式，判断是否是单次检测，如果测量消息中是单次检测(Number of Repetitions＝0，测量重复次数是零)，表示检测仅执行一次，则测量请求消息不携带检测周期参数；如果测量消息中不是单次检测，则测量请求消息携带检测周期参数。

本发明实施例在检测实现过程中，也可以使用替代方案，增加一个单次测量的消息类型，并为其分配新的Management Message Type参数区别于系统目前已经存在的周期性测量请求管理消息，该消息携带的测量参数中没有测量周期参数。

本发明实施例还提供了一种认知系统感知信道的装置，该装置具体可以但不限于设置于终端设备或网络设备(如基站等)中，该装置的具体实现结构如图2所示，具体可以包括：

(1)检测策略选择单元，在本地认知系统中，用于根据本地认知系统中的信道的占用状态和信道的使用情况确定对应的针对信道的检测策略；

可选地，所述的检测策略选择单元具体可以包括以下至少一项：

周期性检测确定单元，用于选择采用周期性地对信道进行检测的方式作为检测策略，并通知所述信道检测单元；

动态检测确定单元，用于在根据授权用户占用信道的时间或释放信道的时间确定对信道进行检测的时刻后，选择采用在该时刻对信道进行检测的方式作为检测策略，并通知所述信道检测单元；

事件驱动检测确定单元，用于在邻居认知系统占用状态下选择采用根据获得的邻居认知系统发来的信息对信道进行检测的方式作为检测策略，或者，在信道空闲状态下选择采用根据认知系统中发生的事件对信道进行检测的方式作为检测策略，或者，在能量检测大于门限值后根据检测到大于门限的时刻和历史数据预测信号特征检测以操确定对应的检测策略；将选择的检测策略通知所述信道检测单元。

(2)信道检测单元，用于执行所述检测策略选择单元选择的检测策略，对当前信道的进行信道占用情况的检测，具体可以但不限包括能量检测单元和授权用户信号特征检测单元等。

可选地，在该装置中还可以提供有与本地频谱占用历史数据库通信的接口，通过该接口所述检测策略选择单元可以从所述的本地频谱占用历史数据库中获取其保存的本地频谱占用历史数据，例如，信道占用状态及信道的使用情况等，具体可以为预先保存的预测的授权用户占用信道的时间和释放信道的时间，所述预先保存的信息具体可以包括授权用户信号类型、时间信息和信道标识等；且该本地频谱占用历史数据库具体可以采用有线连接接口与 该装置中的所述检测策略选择单元连接通信。

可选地，在该装置中，所述的检测策略选择单元还可以与认知系统中的邻居通讯消息收发单元和/或信道管理模块通信，用于根据所述的邻居通讯消息收发单元接收到的邻居认知系统发来的消息和/或信道管理模块传送来的消息进行检测策略的选择操作。

可选地，在该装置中，所述的检测策略选择单元还可以根据检测策略所采取的检测确定单元中是否采用周期性检测确定单元、动态检测确定单元、或事件驱动检测确定单元，进而判断是否是单次检测，用于决定测量请求消息是否携带检测周期参数。

综上所述，本发明实施例中，由于可以依靠历史数据，预测各授权用户释放信道的时间及授权用户占用信道的时间，从而可以准确地选择在相应时间执行信道检测操作，使得信道检测效果大大提高，例如，减少周期性检测带来的负荷，合理地使用信道检测资源。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种认知系统感知信道的方法，其特征在于，包括：

在本地认知系统中，根据本地认知系统中的信道的占用状态和信道的使用情况确定对应的针对信道的检测策略，所述的检测策略包括：周期性检测方式、动态检测方式或事件驱动检测方式；

执行所述检测策略，对当前信道进行信道检测。

所述的占用状态包括：

授权用户占用状态、本地认知系统占用状态、邻居认知系统占用状态或信道空闲状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述动态检测方式包括：

在信道空闲状态或本地认知系统占用状态下，根据预测的授权用户占用信道的时间确定对信道进行检测的时刻，在释放时刻附近采用预知授权用户类型检测；

或者，

在授权用户占用状态下，根据预测的授权用户释放信道的时间确定动态调整信道检测周期的时刻，在释放时刻前采用较长的检测周期，在释放时刻附近采用较短的检测周期。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

预先保存所述的预测的授权用户占用信道的时间和释放信道的时间，以及对应的授权用户信号类型和信道标识。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的事件驱动检测方式包括以下至少一项：

在邻居认知系统占用状态下，根据获得的邻居认知系统发来的信息执行信道检测操作；

在信道空闲状态下，根据认知系统中发生的事件执行信道检测操作。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，若所述的认知系统中发生的事件为信道切换事件，则所述的信道检测操作的处理包括：

在发生信道切换事件后，根据信道的上一次检测时间优先选择最近检测过的信道执行信道检测操作。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据检测策略所采取的检测方式，判断是否是单次检测。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，如果是单次检测，则在测量请求消息中不携带检测周期参数。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，如果不是单次检测，则在测量请求消息中携带检测周期参数。

9.一种认知系统感知信道的装置，其特征在于，包括：

检测策略选择单元，用于根据本地认知系统中的信道的占用状态和信道的使用情况确定对应的针对信道的检测策略，所述的检测策略包括：周期性检测方式、动态检测方式或事件驱动检测方式；

信道检测单元，用于执行所述检测策略选择单元选择的检测策略，对当前信道进行信道占用情况检测；

所述的占用状态包括：

授权用户占用状态、本地认知系统占用状态、邻居认知系统占用状态或信道空闲状态。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述的检测策略选择单元包括以下至少一项：

周期性检测确定单元，用于选择采用周期性地对信道进行检测的方式作为检测策略，并通知所述信道检测单元；

动态检测确定单元，用于在根据授权用户占用信道的时间或释放信道的时间确定对信道进行检测的时刻后，选择采用在该时刻对信道进行检测的方式作为检测策略，并通知所述信道检测单元；

事件驱动检测确定单元，用于在邻居认知系统占用状态下选择采用根据获得的邻居认知系统发来的信息对信道进行检测的方式作为检测策略，或者，在信道空闲状态下选择采用根据认知系统中发生的事件对信道进行检测的方式作为检测策略，或者，在能量检测大于门限值后，根据检测到大于门限的时刻和历史数据预测信号特征检测，以确定对应的检测策略；将选择的检测策略通知所述信道检测单元。

11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，该装置提供与本地频谱占用历史数据库通信的接口，用于通过该接口为所述检测策略选择单元获取本地频谱占用历史数据。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述的检测策略选择单元还与邻居通讯消息收发单元和/或信道管理模块通信，用于根据所述的邻居通讯消息收发单元接收到的邻居认知系统发来的消息和/或信道管理模块传送来的消息进行检测策略的选择操作。

13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述的检测策略选择单元根据所采取的检测确定单元，判断是否是单次检测，用于决定测量请求消息是否携带检测周期参数。

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