[发明专利]基于数学空间的认知无线电频谱资源表征方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及认知无线电技术中的频谱资源表征方法，可用于认知无线电系统频谱资源的分析和具体的管理实施。

背景技术

认知无线电技术是对频谱进行高效利用的一种新兴通信技术。图1描述了认知无线电系统的工作过程，它通过对频谱环境进行感知探测以获得频谱资源的使用状态，经过学习机制进行分析之后，对频谱中尚存的可利用部分进行管理和分配，以满足更多业务的频谱需求。这种技术将一些被分配而未使用的频谱、以及一些虽然使用但未被充分利用的频谱找寻出来，并再次进行分配和使用，从而达到了较高的频谱利用效率，从一定程度上缓解了当前频谱资源紧张和业务发展的矛盾。其中，被确定可以再次利用的频谱部分被称为频谱空洞。

认知无线电技术本质上是对频谱这种稀缺资源的高效利用方法。频谱资源作为认知系统处理的对象，在频谱资源感知、频谱资源信息交流、频谱资源管理与分配等各个环节中都有所体现。因此，建立一个良好的针对频谱资源的表征方法，对于研究认知系统中的频谱资源的本质和规律以及进行具体的管理而言，都是至关重要的。

以往对频谱资源的研究中，大多是从获取频谱资源信息的方法、进行优化分配的方法等角度进行考虑，并未对构建频谱资源模型和表征方式进行深入探索。如在Simon Haykin的文章“Cognitive Radio：Brain-Empowered Wireless Communications”中，仅着重说明该如何进行干扰温度估计，以此探测频谱空洞，并进行合适的认知无线电业务通信频段的选取。而仅有的少量涉及认知无线电资源模型的研究中，针对频谱资源构建的模型也不够全面不够具体，无法支持对频谱资源的深入研究和实时管理。如在Vuk Marojevic的文章“Resource Modeling for a Joint Resource Management in Cognitive Radio”中，给出频谱信道的模型为R_r⁽ⁱ⁾＝(<start frequency[MHz]>，<end frequency[MHz]>，<owner>，<occupation[％]>)，仅从统计意义上描述了频谱信道的占用概率状态和利用可能，就无法支持认知无线电系统任意地点、任意时间和任意频谱伺机插空的灵活利用，从而影响了频谱资源的充分利用。

发明内容

本发明的目的是针对现有研究的不足，对认知无线电领域频谱资源模型进行研究，提出了一种认知无线电频谱资源表征方法，以支持认知无线电系统任意地点、任意时间和任意频谱伺机插空的灵活利用，提高频谱资源利用率。

实现本发明的目的的技术思路，是以描述频谱资源的相关参量作为坐标轴建立坐标系，基于数学空间模型形成频谱资源空间，依照系统考察区间形成频谱资源的取值空间，在该空间内将频谱状态信息表示为频谱资源使用状态曲面，将满足选取指标的可用状态曲面所对应的取值空间部分构成可用频谱资源空间，作为认知系统可以利用与分配的频谱资源向量的集合，用该向量集合表征频谱资源。步骤包括如下：

1.设定描述认知无线电频谱资源的独立参量包括：时间time、空间位置location、频率frequency和功率谱密度power；

2.以上述4个独立参量作为坐标轴建立坐标系；

3.利用数学空间概念，由上述坐标系建立认知无线电频谱资源空间R_f，并由坐标系的基表示该空间中的任意向量r，即

R_f＝Space(time，location，frequency，power)

r＝(t，l，f，p)

其中，t、l、f和p为向量r在频谱资源空间中的坐标；

4.设定频谱资源空间各个坐标的取值范围(S_t、S_l、S_f和S_p)，形成频谱资源空间的取值空间，即

t∈S_t    l∈S_l    f∈S_f    p∈S_p；

5.通过频谱感知获得频谱资源的使用状态信息，将其置于频谱空间的坐标系中，形成频谱资源使用状态曲面R_s：

R_s＝Function(t，l，f，p)；

6.根据认知系统通信业务需求设定衡量频谱空洞的指标，形成选取频谱空洞的可用约束条件L；