[发明专利]一种CR系统中的频谱切换方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体涉及LTE-CR系统中的多系统共存时频谱切换方法。 

背景资料 

认知无线电是解决当前频谱资源匮乏的热门技术，它通过感知无线环境，寻求可用频谱资源，进行智能、动态地频谱选择，打破了传统的以无线通信系统固定划分频谱资源的方式，从而提高了频谱资源的利用率。 

在认知无线电网络中，用户包括授权用户(primary user(PR))与认知用户(secondary user(SR))：前者享有频谱的优先使用权，后者则动态跟踪前者的频谱占用情况，在其未使用的空闲频谱上通信。当授权用户重新使用频谱时，认知用户需将频谱归还给其使用。为了保证认知用户通信的持续性和业务服务质量，它可以在让出频谱的同时平滑转移到其他空闲频段继续通信；另外，当认知用户所占用频谱不能满足其业务需求时，也可以转移到其他更合适的空闲频谱，即为频谱切换。 

频谱切换是一种新型的切换，是认知无线电关键技术之一，用于认知用户在必要时进行频段转换。频谱切换在很大程度上决定了频谱的利用率和系统的吞吐量，因此，探索并建立高效的频谱切换模型和切换信道选择算法具有重要的理论与应用价值。 

传统的频谱切换技术对认知用户SU本身的信息，以及系统中信道CH的信息利用都不够充分，甚至于仅仅采用随机接入的方式，也即在认知用户被迫退出信道的时候，从剩余的空闲信道中随机挑选一条信道接入。 

传统方法的问题可能有：新接入的信道可能主用户到达率很高，在认知用户接入后不久又将再次因主用户到来而发生二次甚至三次切换，多次切换带来的切换时延的影响将使得认知用户通信性能大大恶化；新接入信道的信噪比、带宽等因素决定了信道容量，而信道容量不足将导致认知用户传输速率大大降低，这也会影响其通信性能；将某条“优秀”信道分配给一条普通用户，导致性能浪费，而使得整个系统的认知用户总吞吐量得不到提高的问题等等。 

所以我们需要一种能充分利用用户信息、信道信息，能兼顾时延、速率等多方面性能指标，针对每个用户挑选最合适的信道接入的方法，使得系统整体性能提高，而不仅仅是某一个认知用户性能提高的频谱切换方法。 

发明内容

本发明提供了一种准确的、有效的CR系统中的频谱切换方法与实现装置，保证能大大降低CR系统中的认知用户为躲避主用户到来而需要发生的切换次数，同时提高了系统对认知用户的吞吐量，最终实现保证认知用户通信质量的目的。 

本发明充分利用了信道中的有效信息，没有单纯的追求低切换率， 也没有单纯追求高的吞吐量，而是利用加权的方法综合考虑二者作为最终信道配对依据，兼顾了两种性能的优异性；综合考虑了系统中所有认知用户，在整个组合矩阵中选择最优，而不是只考虑某一个用户与某一条信道的匹配情况，保证了整个系统的最优切换选择。 

具体实施过程 

如图（1），为CR系统每一时隙中实现频谱切换装置的基本流程。 

该流程包括以下步骤： 

1.当前时隙信道中认知用户的信息进行更新，包括已经传输的时间T_trans、已经传输完成的数据量D_trans等，其中对于已经被挤出信道尚处于“检测态”的认知用户不进行传输数据量增加，只进行相应传输时延VT的增加，最终对于已经完成传输的认知用户释放其占用的信道，将其有效数据速率R_effective进行记录。 

2.当前时隙信道中主用户的信息进行更新，此时如果主用户传输结束则释放其占据的信道；如果主用户出现，而且当前信道上不存在认知用户，则正常接入该信道；如果主用户出现时，有认知用户存在，则主用户也正常接入，但是要对认知用户进行挂起，使其进入“检测态”，并将其放入切换用户集合SU_handover中，在之后的传输时延VT内不传输数据。 

3.新用户随机产生，将这些新产生的用户统一记录在新接入集合SU_new中，以备后续接入信道。 

4.统计当前所有信道中的空闲信道，将其记录在空闲信道集合CH_idle，以备后续接入操作。