[发明专利]频谱分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及认知无线电领域，尤其涉及一种频谱分配方法。

背景技术

截至2009年7月，全球移动用户达44亿。中国移动用户已经达到7.1亿。到2015年，中国可为公众移动通信规划约1000MHz带宽频谱资源，但距离工信部电信研究院估算的1360MHz总带宽需求还有300MHz左右的缺口，频谱资源紧张。4G移动通信系统的带宽是3G的10倍，意味着更大的带宽需求，无线宽带移动通信技术的快速发展受到频谱资源紧缺的挑战。尤其是在移动通信系统使用的高峰期频率资源更加紧张。在最新颁布的物权法中，无线电频谱资源已经与土地、矿山、森林等共同被列为最重要的国家战略性资源。如何最有效地利用有限的资源，同时开发新的资源，成为无线电频谱领域的重要课题。

认知无线电技术的提出是为了解决现有频谱资源利用不足的情况。认知无线电技术允许非授权用户/从用户(Secondary User，SU)伺机的接入授权用户/主用户(Primary User，PU)的授权频段进行SU的通信。主、从用户之间的频谱共享的前提是从用户对主用户的干扰小于主用户的干扰温度限。但是，从用户大多使用的频谱检测技术为发射机检测，例如匹配滤波器检测、能量检测、静态循环特征检测等。但是从用户的发射机和接收机处于不同的干扰地位，需要根据不同的干扰地位实施不同的检测方案。

在主系统和从系统共存的环境中，从系统一方面要避免对主系统产生干扰，另一方面也要避免受到主系统的干扰。图1给出了主从系统共存时的干扰情况。其中实线圈代表从发射机的干扰范围；虚线圈代表从接收机的受干扰范围。当主接收机C处于A的干扰范围内并且A和C使用了相同的频率时，从系统将造成对主系统的干扰；当D处于从接收机B的受干扰范围内并且B和D使用相同的频率时，主系统将造成对从系统的干扰。

对于从发射机A来说，为了不对主系统接收机产生干扰，应该使用其干扰范围内主接收机未使用的频率作为发射频率；对于从接收机B来说，为了不受到主系统发射机的干扰，应该使用其受干扰范围内主发射机未使用的频率作为信号接收频率。因此对于从发射机来说频谱空洞是其干扰范围内主接收机未使用的频率，而从接收机的频谱空洞是其受干扰范围内主发射机未使用的频率。从发射机和从接收机的频谱空洞是不同的，从发射机的频谱空洞只与主接收机相关，而从接收机的频谱空洞只与主发射机相关。

通过图1对这种频谱空洞进行进一步说明：假设频率全集为F＝{f1，f2，…，fn}，从发射机A干扰范围内的主接收机使用了频率f1、f3、f4，那么可以用于A发射的频谱空洞集合为Ft＝{f2，f5，…，fn}。从接收机B受干扰范围内的主发射机使用了频率f1、f2，那么可用于B接收的频谱空洞集合为Fr＝{f3，f4，…，fn}。可用于A向B通信的频率集合为：F’＝{f5，f6，…，fn}。

图2给出了隐蔽站问题的示意图，其中实线圈代表主用户PU1和从用户SU1的通信范围，虚线圈代表SU1的频谱感知范围。在隐蔽站问题产生的场景中，由于SU1在频谱感知过程中不能检测到PU1的工作频率f1，因此，当SU1使用f1与SU2通信时会对PU1对应的主接收机PU2产生意外的干扰。可以看出SU1将PU2所使用的频率看成了频谱空洞，这是因为从用户通过检测发射机的频率来估计主接收机的频率，造成了频谱感知的误检，产生了隐蔽站问题。实际上频率f1是否属于频谱空洞用于SU1的发射，取决于PU2而不是PU1。由于PU2处于SU1的干扰范围内，所以f1不是SU1的频谱空洞。

认知无线电中的暴露站问题发生在主接收机处于从系统干扰范围外，而主发射机处于其检测范围内时，如图3所示。由于SU1检测到PU1在使用f2进行通信，因此便会认为f2不属于频谱空洞。然而f2是可以用于SU1向SU2通信的，而不会对主系统PU2产生干扰。暴露站问题的产生与隐蔽站问题的产生类似，也是因为通过检测主发射机的频率来代替主接收机的频率，造成了频谱感知过程的失败。实际上SU1的频谱空洞仅与其干扰范围内的主接收机相关，与PU1是否使用f2无关，只与其干扰范围内主接收机的频率相关，因此f2是SU1的频谱空洞。

可以看出，仅仅通过检测主发射机的频谱感知方式，不能避免主从系统间的干扰，并且会降低频谱资源的利用率，造成了隐蔽站和暴露站问题的产生。在认知无线电技术应用到移动通信系统的过程中，由于移动通信系统的网络拓扑结构的特殊性，系统内部的干扰问题对移动通信系统对频谱资源的有效利用造成不良影响。

发明内容