CN101489237B - 无线通信系统中的分布式频谱感测系统和方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明，提出了一种无线通信系统中的分布式频谱感测系统，包括：多个频谱感测功能单元，用于分别产生具有各自信任度度量的多个频谱感测输出，并将其传送到信道选择功能单元；以及信道选择功能单元，用于根据由多个频谱感测功能单元传送来的具有各自信任度度量的多个频谱感测输出，产生可用信道列表和不可用信道列表。

Description

无线通信系统中的分布式频谱感测系统和方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体地，涉及一种无线通信系统中的分布式频谱感测系统和方法，能够降低错误检测的可能性且以更可靠的方式来产生可用信道列表和不可用信道列表。

背景技术

在IEEE 802.22 WRAN(无线区域网)系统中，对现存用户的保护是先决条件。可靠的频谱感测保证了WRAN系统不会对现存用户产生有害干扰。因此，频谱感测是WRAN系统中最重要的任务之一。

频谱感测是观测电视信道的RF(射频)频谱以确定该信道是否可由WRAN使用的处理。该处理分为两个部分：频谱感测功能(SSF)和信道选择功能(CSF)。基站和所有的CPE(远端用户设备)将实现频谱感测功能。基站还将实现信道选择功能。频谱感测功能观测电视信道的RF频谱，并报告此观测的结果。信道选择功能利用来自基站和每个CPE中的频谱感测功能的报告来产生可用信道列表。

在基站和CPE中均实现了频谱感测功能。存在允许基站控制每个CPE内的频谱感测功能的操作的MAC管理帧。图1示出了频谱感测功能的输入和输出。

在频谱感测功能输出中，使感测模式和信号类型矢量通过SSF。这些参数指示了其它SSF输出中的哪些有效并因此可用于随后的处理。信号存在矢量是一维阵列。矢量中的每个元素是信号存在判定(SPD)，其可以取三个可能的值：分别是“真”、“假”、“未判定”。“真”值表示在感测信道中存在信号，“假”值表示在感测信道中不存在信号，以及“未判定”表示SSF未作出有关信道中信号的存在的判定，这仅在未指示SSF针对信号类型进行感测时发生。信任度矢量是信任度度量的一维阵列。信任度度量指示对信号存在判定的信任度。信任度度量在为零(0)的最小值和为一(1)的最大值之间变化，为零的最小值指示对信号存在判定完全不信任，为一的最大值指示对信号存在判定完全信任。实际上，由于很可能SSF既不会完全不信任SPD又不会完全信任SPD，因此典型地，信任度度量大于零而小于一。

信道选择功能(CSF)驻留在WRAN BS(基站)中。CSF的输入是SSF的输出，如图1中所示。信道选择功能产生两个信道列表：可用信道列表(ACL)和不可用信道列表(UCL)。将这两个列表发送到频谱管理器。可用信道列表是用户通过WRAN可加以使用的经过排序的信道列表。根据SSF的结果，列表中的第一信道是最可用的。列表中的最后一个信道是已知可用信道中最不可用的信道。根据SSF结果，UCL列出了用户通过WRAN不能加以使用的信道。根据SSF结果，不在ACL或UCL列表中的任一信道的可用性对CSF而言是未知的。为了生成安全的ACL和UCL列表，CSF可以利用作为SSF的输出的信任度矢量。当信任度度量大于阈值(阈值可以预先设定在CSF中)时，CSF将信号存在判定处理为可靠的结果，并产生ACL和UCL。当信任度度量小于阈值时，CSF将信号存在判定处理为不可靠结果，并可能丢弃信号存在判定结果或者请求另一感测周期。

图2中示出了频谱管理器、SSF和CSF之间的关系。频谱管理器应将来自ACL、UCL的信息和/或来自除SSF之外的其它源的与信道可用性有关的任何信息(例如，地理位置信息)结合起来，并将选择WRAN可在其中操作的信道。

在WRAN系统中，使用分布式感测方法来实现更可靠的感测。可以将位于同一区域的CPE群集在一起并独立地感测频谱。群集标准是已知的而不将在此详细讨论。在分布式感测之后，将感测结果发送到BS中的CSF以产生ACL和UCL。如何根据分布式感测结果来产生可靠的ACL和UCL是重要的技术问题。

在当前分布式感测方法中，将独立的感测结果(即，本地判定)发送到CSF，并用”或”运算进行处理。因此，感测结果仅为“真”或“假”(将丢弃“未判定”)。在基于所有独立的感测结果的”或”运算之后，CSF对感测信道中存在/不存在信号进行全局判定，并因此产生ACL/UCL。根据”或”运算规则，任一具有“真”的本地判定得出信号存在，CSF将感测信道放入到UCL。从另一观点来看，任一本地假告警引起全局假告警，导致在CSF中产生UCL，这减少了WRAN系统中的可用信道。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，提出了本发明。本发明的一个目的是提出一种无线通信系统中的分布式频谱感测系统和方法，能够降低错误检测的可能性且以更可靠的方式来产生可用信道列表和不可用信道列表。

根据本发明，提出了一种无线通信系统中的分布式频谱感测系统，包括：多个频谱感测功能单元，用于分别产生具有各自信任度度量的多个频谱感测输出，并将其传送到信道选择功能单元；以及信道选择功能单元，用于根据由多个频谱感测功能单元传送来的具有各自信任度度量的多个频谱感测输出，产生可用信道列表和不可用信道列表。

优选地，所述系统还包括：频谱管理器，对来自可用信道列表、不可用信道列表的信息、和/或来自除所述多个频谱感测功能单元之外的其它源的与信道可用性有关的任何信息结合起来，以进行信道选择。

优选地，所述信道选择功能单元对多个频谱感测输出的各自信任度度量进行平均，获得全局信任度度量。

优选地，所述信道选择功能单元将全局信任度度量的绝对值与预定阈值进行比较，如果全局信任度度量的绝对值大于预定阈值，则将频谱感测输出处理为可靠的感测，而如果全局信任度度量的绝对值小于预定阈值，则将频谱感测输出处理为不可靠的感测，丢弃感测报告或请求另一感测周期。

优选地，所述频谱感测输出为信号存在判定，所述信号存在判定的取值包括“真”、“假”、“未判定”。

优选地，取值为“未判定”的频谱感测输出被处理为非有效的频谱感测输出。

优选地，所述信道选择功能单元位于基站中。

优选地，所述频谱感测功能单元包括：基站的频谱感测功能单元和远端用户设备的频谱感测功能单元。

优选地，位于同一区域的远端用户设备的频谱感测功能单元被群集在一起并独立地对频谱进行感测。

优选地，所述无线通信系统为无线区域网系统。

另外，根据本发明，还提出了一种无线通信系统中的分布式频谱感测方法。所述方法包括以下步骤：由多个频谱感测功能单元分别产生具有各自信任度度量的多个频谱感测输出；以及由信道选择功能单元根据由多个频谱感测功能单元所产生的具有各自信任度度量的多个频谱感测输出，产生可用信道列表和不可用信道列表。

附图说明

图1是示出了传统的频谱感测功能的示意图；

图2是示出了本发明所应用的分布式频谱感测系统的结构方框图；以及

图3是示出了根据本发明的分布式频谱感测方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合优选实施例来详细描述本发明。

图2是示出了本发明所应用的分布式频谱感测系统的结构方框图。以上已经对其进行了描述，下面仅将详细描述本发明在该系统中的应用。

根据本发明，在分布式感测方法中可以使用作为SSF输出的信任度度量来提高CSF中的ACL和UCL的可靠性。通过对从分布的SSF中收集到的信任度度量求平均数，可以得到全局信任度度量。如果全局度量的绝对值大于阈值(在CSF中预先设定阈值)，则将该频谱感测视为可靠感测，并可以安全地产生ACL和UCL。如果全局材料的绝对值小于阈值，则CSF将丢弃该感测报告或请求另一感测周期。借助于信任度度量，本发明中所采用的规则与现有”或”运算规则相比可以减少错误检测可能性。这是因为”或”运算规则中的任一本地假告警导致了全局假告警。然而，在本发明所提出的规则中，具有弱信任度的假告警可以不影响全局判定。另外，本发明所提出的规则为CSF提供了丢弃不可靠报告或请求另一感测周期的选择。这使得ACL和UCL能够以更可靠的方式生成。

为了在分布式感测方法下实现更为可靠的ACL和UCL，在本发明中，利用了SSF输出的信任度度量。

假设将分布式感测方法下的每个SSF称为本地感测器，并且将第i个感测器的本地判定表示为D_i，同时D_i具有信任度度量CM_i。由此，将分布的本地信任度度量转换为下式：

通过对本地的转换后的信任度度量r_i进行平均，可以得到全局信任度度量，

$r_G=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{r}_i$

其中，N是有效本地感测器(在本发明所提出的规则中，结果为“未判定”的本地判定不是有效本地感测器)的数量。在CSF中，如果r_G的绝对值大于预先设定的阈值T_CM，则将所分布的感测处理为可靠感测，并且可以安全地生成ACL和UCL。如果r_G的绝对值小于预定阈值，则该分布式感测并非可靠感测，并且CSF可以丢弃感测结果或请求另一感测周期。

在下表1中对所提出的具有信任度度量的分布式感测方法进行总结。

		全局判定
			r<sub>G</sub>＞0	r<sub>G</sub>＞T<sub>CM</sub>	可靠的信号存在
r<sub>G</sub>＞0	r<sub>G</sub>＜T<sub>CM</sub>	不可靠的信号存在
			r<sub>G</sub>＜0	|r<sub>G</sub>|＞T<sub>CM</sub>	可靠的信号不存在
r<sub>G</sub>＜0	|r<sub>G</sub>|＜T<sub>CM</sub>	不可靠的信号不存在

表1

借助于信任度度量，根据本发明的分布式感测方法可以得到更可靠的ACL和UCL。由于具有弱信任度的本地假告警不会影响全局判定，因此可以降低错误检测可能性。根据本发明所提出的规则，可以有效地解决本地错误，并且可以实现更可靠的感测结果。

图3是示出了根据本发明的分布式频谱感测方法的流程图。

如图3所示，根据本发明的分布式频谱感测方法，在步骤301，由多个频谱感测功能单元分别产生具有各自信任度度量的多个频谱感测输出，所述频谱感测输出为信号存在判定。然后，在步骤303，由信道选择功能单元根据由多个频谱感测功能单元所产生的具有各自信任度度量的多个频谱感测输出，产生可用信道列表和不可用信道列表。

下面，将给出了本发明所提出的规则的应用实例，以表明本发明的优点。假设在CSF中设置预定阈值T_CM＝0.8。针对分布式感测将十个独立的本地感测器群集在一起，并且每个本地感测器将向CSF发送具有信任度度量的本地判定。根据本发明所提出的规则做出全局判定。在下表2中列出了四个典型场景来对本发明所提出的规则进行说明。

	场景1	场景2	场景3	场景4
					r1	0.92	-0.95	0.72	-0.85
r2	0.93	-0.98	0.83	-0.78
					r3	0.95	-0.91	0.85	-0.81
r4	0.91	-0.88	0.81	-0.77
					r5	0.89	-0.93	0.79	-0.83
r6	0.94	-0.86	0.84	-0.76
					r7	0.95	-0.96	0.75	-0.86
r8	-0.1	0.08	-0.88	0.89

	场景1	场景2	场景3	场景4
					r9	0.96	-0.93	0.76	-0.82
r10	0.91	-0.92	0.81	-0.82
					rG	0.826	-0.824	0.628	-0.641
全局判定	可靠的存在	可靠的不存在	不可靠的存在	不可靠的不存在

表2

在场景1中，本地感测器8出现了具有弱信任度的本地错误，而其它九个本地感测器得出了正确的感测。在对信任度度量进行平均之后，全局信任度度量仍大于预定阈值T_CM。根据所提出的规则，全局判定是“可靠的存在”，并且可以安全地生成UCL。

在场景2中，本地感测器8出现了具有弱信任度的假告警。根据现有“或”运算规则，全局判定是“存在信号”，这并不是真实的情况。而根据本发明所提出的规则，全局度量的绝对值仍大于预定阈值，并且全局判定是“可靠的不存在”。可以将感测的信道可靠地放入ACL中。此场景示出了本发明所提出的规则具有降低错误检测可能性的能力。

在场景3中，本地感测器8报告具有强信任度的信号不存在，而其它九个本地感测器报告信号存在。这可能是由于本地感测器8的移动而当前群集不再合适所引起的。根据本发明所提出的规则，CSF在将所感测的信道放入UCL中之前丢弃该感测报告或请求另一感测周期。

在场景4中，本地感测器8报告具有强信任度的信号存在。这会在本地感测器8位于群集的边缘处并进行正确的检测感测，而其它九个本地感测器并未感测现存用户时发生。根据所提出的规则，全局判定是“不可靠的不存在”，CSF将在将所感测的信道放入ACL之前请求另一感测周期，以避免对现存用户的干扰。在接下来的感测周期中，频谱管理器会重新群集本地感测器，并且该分布式的感测将得到更可靠的感测结果。

通过以上四个典型场景，得出以下结论：在本发明的借助于信任度度量的分布式感测方法中所提出的规则可以有效地处理本地错误。这改进了在CSF中生成的ACL和UCL列表的可靠性，并降低错误检测可能性。另外，这保证了WRAN系统不会对现存用户产生有害干扰。

根据本发明，提出了在分布式感测方法中产生更为可靠的ACL和UCL的WRAN系统中所采用的规则。根据本发明，降低了错误检测的可能性且提高了分布式感测方法的可靠性。

与传统分布式感测方法中的“或”运算规则相比，利用信任度度量的本发明的方法可以降低错误检测的可能性。此外，根据本发明的规则提出了WRAN系统中的CSF丢弃不可靠的报告或请求另一感测周期的选择。这能够以更可靠的方式来产生ACL和UCL。

尽管以上已经结合本发明的优选实施例示出了本发明，但是本领域的技术人员将会理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改、替换和改变。因此，本发明不应由上述实施例来限定，而应由所附权利要求及其等价物来限定。

Claims (15)

1.一种无线通信系统中的分布式频谱感测系统，包括：

多个频谱感测功能单元，用于分别产生具有各自信任度度量的多个频谱感测输出，并将其传送到信道选择功能单元；以及

信道选择功能单元，用于根据由多个频谱感测功能单元传送来的具有各自信任度度量的多个频谱感测输出，产生可用信道列表和不可用信道列表，

其中，所述信道选择功能单元对多个频谱感测输出的各自信任度度量进行平均，获得全局信任度度量，并且所述信道选择功能单元将全局信任度度量的绝对值与预定阈值进行比较，如果全局信任度度量的绝对值大于预定阈值，则将频谱感测输出处理为可靠的感测，而如果全局信任度度量的绝对值小于预定阈值，则将频谱感测输出处理为不可靠的感测，丢弃感测报告或请求另一感测周期。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于还包括：

频谱管理器，对来自可用信道列表、不可用信道列表的信息、和/或来自除所述多个频谱感测功能单元之外的其它源的与信道可用性有关的任何信息结合起来，以进行信道选择。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述频谱感测输出为信号存在判定，所述信号存在判定的取值包括“真”、“假”、“未判定”。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于取值为“未判定”的频谱感测输出被处理为非有效的频谱感测输出。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述信道选择功能单元位于基站中。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述频谱感测功能单元包括：基站的频谱感测功能单元和远端用户设备的频谱感测功能单元。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于位于同一区域的远端用户设备的频谱感测功能单元被群集在一起并独立地对频谱进行感测。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述无线通信系统为无线区域网系统。

9.一种无线通信系统中的分布式频谱感测方法，包括：

由多个频谱感测功能单元分别产生具有各自信任度度量的多个频谱感测输出；以及

由信道选择功能单元根据由多个频谱感测功能单元所产生的具有各自信任度度量的多个频谱感测输出，产生可用信道列表和不可用信道列表，

由信道选择功能单元根据由多个频谱感测功能单元所产生的具有各自信任度度量的多个频谱感测输出产生可用信道列表和不可用信道列表的步骤包括：

由信道选择功能单元对多个频谱感测输出的各自信任度度量进行平均，获得全局信任度度量，

由所述信道选择功能单元将全局信任度度量的绝对值与预定阈值进行比较，如果全局信任度度量的绝对值大于预定阈值，则将频谱感测输出处理为可靠的感测，而如果全局信任度度量的绝对值小于预定阈值，则将频谱感测输出处理为不可靠的感测，丢弃感测报告或请求另一感测周期。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述频谱感测输出为信号存在判定，所述信号存在判定的取值包括“真”、“假”、“未判定”。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于取值为“未判定”的频谱感测输出被处理为非有效的频谱感测输出。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述信道选择功能单元位于基站中。

13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述频谱感测功能单元包括：基站的频谱感测功能单元和远端用户设备的频谱感测功能单元。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于位于同一区域的远端用户设备的频谱感测功能单元被群集在一起并独立地对频谱进行感测。

15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述无线通信系统为无线区域网系统。

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