[发明专利]使用TVWS的认知TD-LTE中频谱切换次数最小化的频谱聚合方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信领域，特别涉及认知的时分双工长期演进系统(Cognitive TD-LTE)的频谱聚合技术。 

背景技术

LTE(Long Term Evolution)作为3G向4G系统演进的一个过渡阶段，为了支持更加丰富的业务模式和提供更好的服务质量，需要越来越多的无线频谱资源。然而频谱是不可再生的资源，随着无线通信业务的飞速发展，频谱资源日渐匮乏，因此迫切需要寻找新的频谱。随着传统的模拟式电视广播系统逐渐过渡到数字式系统，大量的频谱资源闲置出来，即所谓的TVWS(TV White Space)。FCC(Federal Communications Commission)2010年发布的规则建议其他宽带无线设备作为次级系统使用这部分资源。因此LTE作为次级系统，需要在不影响DTV系统的前提下使用TVWS资源。认知无线电技术是解决上述问题的有效方案之一。因此研究具有认知功能的LTE系统是解决频谱资源匮乏问题的有效手段。 

因为TVWS的空白频谱资源在频域上是离散的，并且被DTV系统正在使用的频谱段分割开来，为了满足TD-LTE的宽带接入要求和充分利用频谱资源，基于认知无线电的TD-LTE系统需要使用频谱聚合技术(Spectrum Aggregation，SA)来聚合几个离散的频谱碎片组成一个信道。因为TD-LTE采用时分双工技术，上下行链路的频谱是相同的，因此频谱聚合技术更加适用于TD-LTE。现有的不多的频谱聚合方法在聚合频谱资源时仅仅以一个感知周期内最大化频谱利用率为目的，未考虑感知周期间的频谱切换的可能开销，这可能导致周期间的频繁的频谱切换，频繁的频谱切换会极大地降低系统的性能，而且不利于有限TVWS资源的充分利用。 

发明内容

为了解决传统频谱聚合方法可能导致感知周期间频繁的频谱切换导致控制开销很大的问题，本发明实例提供了一种使用TVWS的认知TD-LTE中频谱切换次数最小化的频谱聚合方法，以及方法中用到的频谱聚合区域切换概率估算方法，达到了减小感知周期间频谱切换次数的目的，从而保证了系统的稳定性的。 

一种使用TVWS的认知TD-LTE中频谱切换次数最小化的频谱聚合方法，包括： 

系统初始，查找所有可能的频谱聚合区域(指聚合在一起使用的频段集合)，并计算其下 个感知周期到来时的切换概率，选择切换概率最小的频谱聚合区域为用户分配频谱资源； 

当感知周期到来时，查找所有需要进行频谱切换的用户，将这些用户占用的频谱资源释放掉，接着查找所有可能的频谱聚合区域，并计算其下个感知周期到来时的切换概率，选择切换概率最小的频谱聚合区域为用户分配频谱资源； 

为了支持上述频谱聚合方法，本发明实例也提供了一种频谱聚合区域的频谱切换概率的估算方法，包括： 

用ON-OFF信源模型来为TVWS信道状态建模，以及基于渐进分析方法的频谱聚合区域切换概率的计算。 

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是： 

通过在为用户聚合频谱资源时考虑频谱切换的可能性，相比于传统的频谱聚合方法，认知TD-LTE系统减少了感知周期间需要进行的频谱切换的次数。 

附图说明

图1：本发明实施例的网路结构图； 

图2：本发明实施例的TVWS的可用频谱图样； 

图3：本发明实施例的最小化频谱切换的频谱聚合方法流程图； 

图4：本发明实施例的ON-OFF信道的频谱检测图； 

图5：本发明实施例的时间片内带宽值B的变化。 

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。 

本发明实施例的认知TD-LTE系统结构如图1所示。具有认知功能的TD-LTE系统靠近电视发射塔的保护边界。该保护边界是为了避免对TV系统造成干扰而禁止TD-LTE设备接入的区域的边界。具有认知功能的TD-LTE基站通过频谱感知技术获得TVWS的空白频段。当周期性的频谱检测时刻到来时，LTE基站检测每个频谱段并判决它空闲或者占用的信道状态。接着基站根据频谱检测结果检查是否有工作的用户需要进行频谱切换。LTE基站为需要进行频谱切换的用户和新近接入网络的用户聚合分配频谱资源。频谱检测、频谱聚合和数据传输构成了一个发送周期。因为该周期以频谱感知(频谱检测)为分界线，因此也称为感知周期。