专利名称：一种避免干扰授权用户隐终端通信的方法
技术领域：
本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种避免干扰授权用户隐终端通信的方法。
背景技术：
认知无线电(CR)是一种通过感知频谱然后进行动态的频谱资源分配的技术，其目标在于从时间、空间和频率等多维度实现对频谱资源的重复利用和共享，从而极大地提高了频谱利用效率。在认知无线电网络中包括一个基站和多个认知用户，认知用户通过对信道的感知来检测授权用户是否存在。当认知用户在某一频段检测到授权用户存在时，认知用户进行频谱切换离开该频段以避免对授权用户造成干扰。在实际网络中，认知无线电设备不但要对授权发射机信号进行检测，还需要对受干扰更加敏感的授权用户接收机进行检测，或采用相应的措施避免对授权用户接收机的正常工作产生干扰。在实际应用场景中有这样一种情况，即授权用户接收机只接收信号，不发射信号，我们称之为“隐终端”。现有技术中，认知无线电网络导致很难对隐终端进行检测，因此容易产生认知无线电设备对隐终端造成有害干扰，影响其正常工作的情况出现。现有技术中，在认知无线电网络中对授权用户的检测分为基于发射机信号检测和基于接收机信号检测两大类。基于发射机信号检测方式是指认知无线电用户通过检测来自授权发射机的信号来判断认知无线电用户通信范围内是否存在潜在的、可能被干扰的授权用户，进而确定是否存在频谱空穴。目前基于接收机信号检测主要有两类方法:本振泄露检测、干扰温度检测。下面分别说明。1、本振泄露检测是根据授权用户接收机射频端是否存在本地振荡器泄露功率进行判断的。目前无线电接收机基本上都是超外差式接收机结构，为了将射频信号下变频到中频信号，需要本地振荡器。将本地振荡器调谐到一个特定的频率并与输入的射频信号混合，则此射频频段可下变频到中频频段。当授权用户接收机工作时，天线接收的高频信号经过接收机内的本地振荡器后会产生特定频率的信号，一些信号不可避免的会从天线泄露出去，可以通过检测该泄露信号的有无来判断接收机是否在工作。检测器可以使用匹配滤波器或能量检测的方法。如果要采用匹配滤波器进行相干检测，实际上是比较难实现的，若采用次优的能量检测的话，该方法检测性能相对来说就较差。在实际应用中，直接让认知用户来检测本振泄露功率有点不切实际，这有两方面的原因:一是对认知无线电的接收机而言，远距离的检测本振泄露是比较困难的，特别是当二者的距离较远时，要得到较高的检测概率需要的检测时间比较长，检测的速度不能得到保证；二是本振泄露功率是变化的，若认知用户利用变化的功率来近似估计授权用户接收机，则会出现很大的误差。为了解决这个难题，可以用一些小的、低成本的传感器安置在接收端，当传感器检测到本振泄露功率时，就会以特定的功率通过一个特殊的控制信道通知该区域使用该信道的认知用户，以保证不对授权用户产生干扰。基于本振泄露的检测方法受到检测距离的限制，远距离的检测本振泄露功率将十分困难，价值本振泄露的功率是动态变化的，这都将降低检测的准确性，延长检测时间。2、干扰温度检测中的干扰温度模型如
图1所示，模型要求发射基站有意识地控制信道的发射功率，使接收端接收信号功率接近其噪声电平(噪声功率统计平均值)。当接收端工作频段内出现未知干扰信号时，不同的频点的峰值将超出原有的噪声电平，噪声电平相应被提高。干扰温度模型不使用噪声电平作为判别门限，而是使用干扰温度即接收端所能容忍的新增干扰数量来判别。干扰温度模型是对多个射频信号能量进行积累，获得其最大容量的对应信号能量作为判别门限。依据干扰温度模型，在某频段内，只要认知用户发射机工作数量不超过判别门限，认知用户就可以使用该频段。认知用户造成的干扰是由于认知用户的接入而对授权用户造成的干扰，当授权用户系统允许认知用户接入时，认知用户就会对授权用户系统造成干扰。但是只要干扰温度小于授权用户所能容忍的干扰温度的最大限(即干扰温度界限)，就不会对授权用户系统造成干扰，认知用户就可以借用该频段进行通信。这种方法还有它的难点，难点在于能否有效地探测到干扰温度。认知无线电用户能够知晓自己的发射功率和自己的准确位置，然而，目前没有一种有效的方法来衡量或估算授权用户处的干扰温度。由于授权用户接收机被动接收信号，认知无线电用户无法知道它的准确位置。此外，如果认知无线电用户不能探测到它们的传输对所有的授权用户接收机所产生的影响，那么此时对授权用户的干扰温度测量也是不可行的。基于干扰温度检测的技术难题还有:在每一目标频段上都要重复执行特征频谱的计算，导致算法在具体实现过程中计算量较大。另外，由于有些授权用户接收机处在授权发射机覆盖范围和正常解码范围的边缘，因而无法准确评测所有授权用户接收机的接受性能。虽然基于授权接收机的检测方法是理论上最有效且最直接的量化授权接收机受干扰程度以及检测判决频谱机会的手段，但是目前以接收机为中心的干扰温度测量和本振泄漏检测还面临着诸多的技术难题有待解决，实现方法仍不成熟。因此，一种替代方案是，将对授权用户接收机的检测转换为对授权发射机的检测。为了避免认知无线电用户发射机对其辐射范围内潜在授权用户接收机的干扰，认知无线电用户的检测范围从认知无线电用户发射机辐射范围扩大到授权发射机辐射范围与认知无线电用户发射机辐射范围之和，即从保证认知无线电用户发射机辐射范围内没有授权用户接收机转换为保证认知无线电用户发射机辐射范围内没有正处在授权发射机正常辐射范围内的授权用户接收机，从而可将认知无线电用户对授权用户接收机的检测转化为对授权发射机信号的检测。基于对授权用户接收机检测转化为对授权发射机信号检测的方法虽行之有效，但这种对频谱范围的扩大将势必造成一些原本可以接入频谱机会的浪费。如认知无线电用户发射机实际上并不会对某些授权用户接受造成干扰，但是由于检测范围的扩大，认知无线电用户检测到了授权发射机的信号，从而放弃了接入该原本可能接入的频谱的机会。
发明内容
本发明提供了一种避免干扰授权用户隐终端通信的方法，可以在保证隐终端正常通信的基础上，避免网内不必要的频谱切换，提高全网频谱利用率。本发明实施例提供一种避免干扰授权用户隐终端通信的方法，其特征在于，包括如下步骤:A、认知无线电设备采用能量检测方法对授权发射机进行频谱检测，向决策中心上报自身的地理信息以及感知到的授权发射机的能量信息；B、决策中心根据认知无线电设备上报的地理信息以及授权发射机的能量信息计算授权发射机的地理位置和覆盖范围；C、决策中心根据授权发射机的地理位置和覆盖范围，确定覆盖范围与授权发射机的覆盖范围有重叠的认知无线电基站，并通知所确定的认知无线电基站；D、认知无线电基站收到来自决策中心的通知后，根据相应的机制变更接入频谱，退出授权用户所使用的频率，并更新可用频谱列表。较佳地，所述认知无线电设备为认知无线电终端或认知无线电基站。较佳地，步骤B包括:B1、决策中心根据认知无线电设备的类别、检测到的信号强度以及认知无线电设备的地理信息离散度，从认知无线 电设备中选择m个认知无线电设备作为第一组测距节点；m ^ 3 ；B2、决策中心根据第一组测距节点上报的授权发射机的能量信息和测距节点的地理信息计算授权发射机的地理位置和覆盖范围。较佳地，步骤BI选择测距节点遵循如下规则:规则一:优选认知无线电基站作为测距节点；规则二:在保证规则一的情况下，优选信号强的认知无线电设备作为测距节点；规则三:在保证规则一和规则二的情况下，且认知无线电基站的数目小于3时，选择地理信息相对分散的认知无线电设备作为测距节点。较佳地，所述m = 3，若存在两个认知无线电基站，则步骤BI包括:将所述两个认知无线电基站作为测距节点；选取感知到的信号强度在前1/2的认知无线电终端中最接近所述两个认知无线电基站间的垂直平分线的认知无线电终端作为第三个测距节点。较佳地，所述m = 3，若存在一个认知无线电基站，则步骤BI包括:将所述认知无线电基站作为第一个测距节点；选取感知到的信号强度在前1/2的认知无线电终端中距离所述认知无线电基站的认知无线电终端作为第一个测距节点；在感知到的信号强度在前1/2的认知无线电终端中，选取最接近第一个测距节点和第二个测距节点间的垂直平分线的认知无线电终端作为第三个测距节点。较佳地，步骤B2包括:B21、根据3个测距节点上报的能量信息以及公式Pathloss = 69.55+26.16*log(fc)-13.82*log(hb)-a +(44.9-6.55*log(hb)) *log(d)计算这 3个测距节点与授权发射机之间的距离d ;其中，pathloss为路径损耗；α为移动天线的校正因子；hb为基站天线高度；fc为载波频率；B22、根据所述3个测距节点与授权发射机之间的距离，以及测距节点的地理信息，确定授权发射机的地理位置；B23、根据授权发射机的发射功率和地理信息，计算出授权发射机的覆盖范围。
较佳地，所述步骤B2包括:决策中心根据第一组测距节点上报的测距节点的地理信息计算授权发射机的第一地理位置；决策中心从认知无线电设备中选择出η个认知无线电设备作为第二组测距结点，将选取结果下发给第二组测距节点；第二组测距节点上报授权发射机信号能量和自身地理信息位置，决策中心根据第二组测距结点上报的测距节点的地理信息位置计算授权发射机的第二地理位置，取第一地理位置和第二地理位置的中点作为授权发射机的地理位置，并据此计算授权发射机的覆盖范围。较佳地，步骤C所述确定覆盖范围与授权发射机的覆盖范围有重叠的认知无线电基站包括:
根据公式
权利要求
1.一种避免干扰授权用户隐终端通信的方法，其特征在于，包括如下步骤: A、认知无线电设备采用能量检测方法对授权发射机进行频谱检测，向决策中心上报自身的地理信息以及感知到的授权发射机的能量信息； B、决策中心根据认知无线电设备上报的地理信息以及授权发射机的能量信息计算授权发射机的地理位置和覆盖范围； C、决策中心根据授权发射机的地理位置和覆盖范围，确定覆盖范围与授权发射机的覆盖范围有重叠的认知无线电基站，并通知所确定的认知无线电基站； D、认知无线电基站收到来自决策中心的通知后，根据相应的机制变更接入频谱，退出授权用户所使用的频率，并更新可用频谱列表。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述认知无线电设备为认知无线电终端或认知无线电基站。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B包括: B1、决策中心根据认知无线电设备的类别、检测到的信号强度以及认知无线电设备的地理信息离散度，从认知无线电设备中选择m个认知无线电设备作为第一组测距节点；m ^ 3 ； B2、决策中心根据第一组测距节点上报的授权发射机的能量信息和测距节点的地理信息计算授权发射机的地理位置和覆盖范围。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤BI选择测距节点遵循如下规则: 规则一:优选认知无线电基站作为测距节点； 规则二:在保证规则一的情况下，优选信号强的认知无线电设备作为测距节点； 规则三:在保证规则一和规则二的情况下，且认知无线电基站的数目小于3时，选择地理信息相对分散的认知无线电设备作为测距节点。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述m=3，若存在两个认知无线电基站，则步骤BI包括: 将所述两个认知无线电基站作为测距节点； 选取感知到的信号强度在前1/2的认知无线电终端中最接近所述两个认知无线电基站间的垂直平分线的认知无线电终端作为第三个测距节点。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述m= 3，若存在一个认知无线电基站，则步骤BI包括: 将所述认知无线电基站作为第一个测距节点； 选取感知到的信号强度在前1/2的认知无线电终端中距离所述认知无线电基站的认知无线电终端作为第一个测距节点； 在感知到的信号强度在前1/2的认知无线电终端中，选取最接近第一个测距节点和第二个测距节点间的垂直平分线的认知无线电终端作为第三个测距节点。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，步骤B2包括: B21、根据3个测距节点上报的能量信息以及公式Pathloss = 69.55+26.16*log(fc)-13.82*log(hb)-a +(44.9-6.55*log(hb)) *log(d)计算这3个测距节点与授权发射机之间的距离d ;其中，pat hloss为路径损耗；α为移动天线的校正因子；hb为基站天线高度；fc为载波频率；B22、根据所述3个测距节点与授权发射机之间的距离，以及测距节点的地理信息，确定授权发射机的地理位置； B23、根据授权发射机的发射功率和地理信息，计算出授权发射机的覆盖范围。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤B2包括: 决策中心根据第一组测距节点上报的测距节点的地理信息计算授权发射机的第一地理位置； 决策中心从认知无线电设备中选择出η个认知无线电设备作为第二组测距结点，将选取结果下发给第二组测距节点；第二组测距节点上报授权发射机信号能量和自身地理信息位置，决策中心根据第二组测距结点上报的测距节点的地理信息位置计算授权发射机的第二地理位置，取第一地理位置和第二地理位置的中点作为授权发射机的地理位置，并据此计算授权发射机的覆盖范围。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C所述确定覆盖范围与授权发射机的覆盖范围有重叠的认知无线电基站包括: 根据公式
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤D为:认知无线电基站接到通知后，确定自身没有感知到该授权发射机，则根据相应的机制变更接入频谱，退出授权用户所使用的频率，并更新可用频谱列表。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C所述通知所确定的认知无线电基站包括: 决策中心仅向未上报该授权发射机的能量信息的认知无线电基站发送通知；或者，决策中心仅向地理位置位于所述授权发射机的覆盖范围之外的认知无线电基站发送通知。
全文摘要
本发明提供了一种避免干扰授权用户隐终端通信的方法，包括如下步骤A、认知无线电设备采用能量检测方法对授权发射机进行频谱检测，向决策中心上报自身的地理信息以及感知到的授权发射机的能量信息；B、决策中心根据认知无线电设备上报的地理信息以及授权发射机的能量信息计算授权发射机的地理位置和覆盖范围；C、决策中心根据授权发射机的地理位置和覆盖范围，确定覆盖范围与授权发射机的覆盖范围有重叠的认知无线电基站，并通知所确定的认知无线电基站；D、认知无线电基站收到来自决策中心的通知后，根据相应的机制变更接入频谱，退出授权用户所使用的频率，并更新可用频谱列表。
文档编号H04W64/00GK103209421SQ20121001224
公开日2013年7月17日 申请日期2012年1月16日 优先权日2012年1月16日
发明者刘建明, 陶雄强, 李祥珍, 邢益海, 闫淑辉, 胡炜, 徐宏, 祝锋, 邓晓晖, 王雪霞, 王新雨 申请人:普天信息技术研究院有限公司