基于认知数据库和频谱感知的频谱共享方法及装置

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于认知数据库和 频谱感知的频谱共享方法及装置。

随着无线通信新技术的不断发展，以及移动互联网及物联网产业 的蓬勃发展，各无线电业务对无线电频谱的需求急剧膨胀，频谱资源 日益紧缺。传统的固定分配专网频率的管理方式具有排他性，由于行 业用户的业务特性，这种方式容易造成行业专网无线频谱的利用率相 对较低，频谱资源未得到充分利用，存在一定程度的浪费。频谱共享 可以打破频谱的排他性占用，开放出更多的可用频谱资源，成为一种 极具潜力的提升无线频谱利用率的方案。

当多个系统共享频谱，一种方案为通过动态频谱感知获知当前空 闲可用频谱，然后进行频谱接入，在频谱使用的过程中进行频谱监测， 以便进行干扰规避。为了实现异系统之间的频谱共享，需要进行一系 列的和终端的频谱感知来完成共享频谱的感知和可用性判断，以 及共享频谱接入处理和冲突处理等流程。

由于动态频谱感知的不可靠性，因此带来频谱资源可用性的误判， 造成了频谱资源的浪费。

鉴于此，如何高效地实现频谱共享，提高频谱共享的可靠性，减 少频谱资源的浪费成为目前需要解决的技术问题。

为解决上述的技术问题，本发明提供一种基于认知数据库和频谱 感知的频谱共享方法及装置，可以高效地实现频谱共享，提高频谱共 享的可靠性，减少频谱资源的浪费。

第一方面，本发明提供一种基于认知数据库和频谱感知的频谱共 享方法，包括：

感知系统向认知数据库发送读取请求，所述读取请求为请求读取 所述认知数据库中目标区域及相邻区域内除所述感知系统外的其它 感知系统的感知资源占用信息，以使所述认知数据库根据所述读取请 求查询相关信息，并将查询结果反馈给所述感知系统；

感知系统进行频谱感知，确定可用的感知频段；

感知系统根据所述查询结果、信道质量测量结果以及频谱感知结 果进行频谱感知决策，确定需要申请的感知资源；

感知系统根据所述频谱感知决策结果向认知数据库发送感知资 源申请消息，以使所述认知数据库在多个感知系统同时申请相同频谱 资源时，确定所述多个感知系统的接入优先级，根据所述感知系统的 感知资源申请消息和所述感知系统的接入优先级进行感知资源决策， 根据所述感知资源决策结果，向所述感知系统发送感知资源授权消息 或拒绝消息。

可选地，所述查询结果包括：

目标区域及相邻区域内除所述感知系统外的其它感知系统的感 知资源信息、站点位置、发射功率和覆盖信息；及

所述感知资源申请消息包括：本感知系统需要申请的感知资源信 息、使用该感知资源的站点位置、发射功率和覆盖信息。

可选地，所述接入优先级考虑不同用户的业务服务质量Qos特性， 包括：

时延、业务持续时长和数据率，以及用户累计占用时长，当前频 谱资源空闲状态。

可选地，在所述感知系统向认知数据库发送读取请求之前，还包 括：

感知系统向认知数据库发送系统认证请求，以使认知数据库对所 述感知系统进行认证，确认合法后将认证结果回复给所述感知系统。

第二方面，本发明提供一种基于认知数据库和频谱感知的频谱共 享装置，包括：

第一发送模块，用于感知系统向认知数据库发送读取请求，所述 读取请求为请求读取所述认知数据库中目标区域及相邻区域内除所 述感知系统外的其它感知系统的感知资源占用信息，以使所述认知数 据库根据所述读取请求查询相关信息，并将查询结果反馈给所述感知 系统；

频谱感知模块，用于感知系统进行频谱感知，确定可用的感知频 段；

感知决策模块，用于感知系统根据所述查询结果、信道质量测量 结果以及频谱感知结果进行频谱感知决策，确定需要申请的感知资源；

第二发送模块，用于感知系统根据所述频谱感知决策结果向认知 数据库发送感知资源申请消息，以使所述认知数据库在多个感知系统 同时申请相同频谱资源时，确定所述多个感知系统的接入优先级，根 据所述感知系统的感知资源申请消息和所述感知系统的接入优先级 进行感知资源决策，根据所述感知资源决策结果，向所述感知系统发 送感知资源授权消息或拒绝消息。

第三方面，本发明提供一种基于认知数据库和频谱感知的频谱共 享方法，包括：

认知数据库接收感知系统在获取本系统频谱感知资源需求后根 据所述频谱感知资源需求发送的感知资源申请消息；

认知数据库根据所述感知系统发送的感知资源申请消息、所述认 知数据库中的已占用频谱信息、以及所述认知数据库接收的目标区域 及相邻区域内除所述感知系统外的其它感知系统发送的感知资源申 请消息，获取所述感知系统预分配的共享频谱资源；

认知数据库将所述预分配的共享频谱资源和目标区域及相邻区 域内除所述感知系统外的其它感知系统的频谱使用信息发送给所述 感知系统，以使所述感知系统根据本系统频谱感知资源需求、目标区 域及相邻区域内除所述感知系统外的其它感知系统的频谱使用信息， 对所述预分配的共享频谱资源进行频谱感知，并在根据频谱感知结果、 频谱信息和信道质量测量进行频谱感知决策而判定预分配的共享频 谱资源是否能够满足本系统感知资源需求后，将频谱感知决策结果反 馈给所述认知数据库；

认知数据库根据所述感知系统所反馈的频谱感知决策结果、认知 数据库中的已占用频谱信息、以及目标区域及相邻区域内除所述感知 系统外的其它感知系统所反馈的频谱感知决策结果，进行感知资源决 策；

认知数据库根据所述感知资源决策结果，向所述感知系统发送感 知资源授权消息或拒绝消息。

可选地，所述感知资源申请消息包括：本感知系统的站点位置、 发射功率和覆盖信息。

可选地，所述认知数据库根据所述感知系统发送的感知资源申请 消息、所述认知数据库中的已占用频谱信息、以及所述认知数据库接 收的目标区域及相邻区域内除所述感知系统外的其它感知系统发送 的感知资源申请消息，获取所述感知系统预分配的共享频谱资源，包 括：

认知数据库根据所述感知系统发送的感知资源申请消息、所述认 知数据库中的已占用频谱信息、以及所述认知数据库接收的目标区域 及相邻区域内除所述感知系统外的其它感知系统发送的感知资源申 请消息，按照公平分配、最大化频谱利用效率原则，获取所述感知系 统预分配的共享频谱资源。

可选地，所述认知数据库根据所述感知系统所反馈的频谱感知决 策结果、认知数据库中的已占用频谱信息、以及目标区域及相邻区域 内除所述感知系统外的其它感知系统所反馈的频谱感知决策结果，进 行感知资源决策，包括：

认知数据库根据所述感知系统所反馈的频谱感知决策结果、认知 数据库中的已占用频谱信息、以及目标区域及相邻区域内除所述感知 系统外的其它感知系统所反馈的频谱感知决策结果，按照公平分配、 最大化频谱利用效率原则，进行感知资源决策。

可选地，在所述认知数据库接收感知系统在获取本系统频谱感知 资源需求后根据所述频谱感知资源需求发送的频谱感知资源申请消 息之前，还包括：

认知数据库接收感知系统发送的系统认证请求；

认知数据库对所述感知系统进行认证，确认合法后将认证结果回 复给所述感知系统。

第四方面，本发明提供一种基于认知数据库和频谱感知的频谱共 享装置，包括：

第一接收模块，用于认知数据库接收感知系统在获取本系统频谱 感知资源需求后根据所述频谱感知资源需求发送的感知资源申请消 息；

获取模块，用于认知数据库根据所述感知系统发送的感知资源申 请消息、所述认知数据库中的已占用频谱信息、以及所述认知数据库 接收的目标区域及相邻区域内除所述感知系统外的其它感知系统发 送的感知资源申请消息，获取所述感知系统预分配的共享频谱资源；

第三发送模块，用于认知数据库将所述预分配的共享频谱资源和 目标区域及相邻区域内除所述感知系统外的其它感知系统的频谱使 用信息发送给所述感知系统，以使所述感知系统根据本系统频谱感知 资源需求、目标区域及相邻区域内除所述感知系统外的其它感知系统 的频谱使用信息，对所述预分配的共享频谱资源进行频谱感知，并在 根据频谱感知结果、频谱信息和信道质量测量进行频谱感知决策而判 定预分配的共享频谱资源是否能够满足本系统感知资源需求后，将频 谱感知决策结果反馈给所述认知数据库；

感知资源决策模块，用于认知数据库根据所述感知系统所反馈的 频谱感知决策结果、认知数据库中的已占用频谱信息、以及目标区域 及相邻区域内除所述感知系统外的其它感知系统所反馈的频谱感知 决策结果，进行感知资源决策；

第四发送模块，用于认知数据库根据所述感知资源决策结果，向 所述感知系统发送感知资源授权消息或拒绝消息。

由上述技术方案可知，本发明的基于认知数据库和频谱感知的频 谱共享方法及装置，通过在频谱感知前通过认知数据库获取一定的先 验信息，然后辅以频谱感知来判决当前可用的空闲频谱资源，能够高 效地实现频谱共享，提高频谱共享的可靠性，减少频谱资源的浪费。

图1为本发明一实施例提供的基于认知数据库和频谱感知的频 谱共享方法的流程示意图；

图2为图1所示方法原理的信令示意图；

图3为本发明一实施例提供的基于认知数据库和频谱感知的频谱 共享装置的结构示意图；

图4为本发明另一实施例提供的基于认知数据库和频谱感知的频 谱共享方法的流程示意图；

图5为图4所示方法原理的信令示意图；

图6为本发明另一实施例提供的基于认知数据库和频谱感知的 频谱共享装置的结构示意图。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结 合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没 有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他的实施例，都属于本发明 保护的范围。

本发明的感知系统包括：一个感知资源管理中心，多个和多 个终端。其中，感知资源管理中心是感知系统的控制中心，用于协调 所有管辖内的共享频谱资源的检测、申请和分配，是感知系统与 认知数据库交互的关键节点。

本发明的认知数据库包括：全部目标区域内感知系统信息和感知 系统的共享频谱使用信息和授权频谱使用信息，以及相邻区域内感知 系统信息和感知系统的共享频谱使用信息和授权频谱使用信息。

图1示出了本发明一实施例提供的基于认知数据库和频谱感知 的频谱共享方法的流程示意图，本实施例所述方法是一种感知系统决 策感知频段的频谱共享方法，如图1所示，本实施例的基于认知数据 库和频谱感知的频谱共享方法如下所述。

101、感知系统向认知数据库发送读取请求，所述读取请求为请 求读取所述认知数据库中目标区域及相邻区域内除所述感知系统外 的其它感知系统的感知资源占用信息，以使所述认知数据库根据所述 读取请求查询相关信息，并将查询结果反馈给所述感知系统。

在具体应用中，所述查询结果可包括：

目标区域及相邻区域内除所述感知系统外的其它感知系统的感 知资源信息、站点位置、发射功率和覆盖信息等。

102、感知系统进行频谱感知，确定可用的感知频段。

103、感知系统根据所述查询结果、信道质量测量结果以及频谱 感知结果进行频谱感知决策，确定需要申请的感知资源。

104、感知系统根据所述频谱感知决策结果向认知数据库发送感 知资源申请消息，以使所述认知数据库在多个感知系统同时申请相同 频谱资源时，确定所述多个感知系统的接入优先级，根据所述感知系 统的感知资源申请消息和所述感知系统的接入优先级进行感知资源 决策，根据所述感知资源决策结果，向所述感知系统发送感知资源授 权消息或拒绝消息。

在具体应用中，所述感知资源申请消息可包括：

本感知系统需要申请的感知资源信息、使用该感知资源的站点位 置、发射功率和覆盖信息等。

在具体应用中，所述接入优先级考虑不同用户的业务服务质量 (Quality of Service，简称Qos)特性可包括：

时延、业务持续时长和数据率，以及用户累计占用时长，当前频 谱资源空闲状态等。

在具体应用中，在上述步骤101之前，还可包括：

感知系统向认知数据库发送系统认证请求，以使认知数据库对所 述感知系统进行认证，确认合法后将认证结果回复给所述感知系统。

图2示出了本实施例所述方法的信令示意图。

本实施例的基于认知数据库和频谱感知的频谱共享方法，是一种 感知系统决策感知频段的频谱共享方法，通过感知系统向认知数据库 发送读取认知数据库中目标区域及相邻区域内除所述感知系统外的 其它感知系统的感知资源占用信息的读取请求，以使认知数据库查询 相关信息并将查询结果反馈给所述感知系统，感知系统进行频谱感知， 确定可用的感知频段，根据所述查询结果、信道质量测量结果以及频 谱感知结果进行频谱感知决策，确定需要申请的感知资源，根据频谱 感知决策结果向认知数据库发送感知资源申请消息，以使认知数据库 在多个感知系统同时申请相同频谱资源时，确定多个感知系统的接入 优先级，根据所述感知系统的感知资源申请消息和所述感知系统的接 入优先级进行感知资源决策，根据感知资源决策结果，向所述感知系 统发送感知资源授权消息或拒绝消息，是通过在频谱感知前通过认知 数据库获取一定的先验信息，然后辅以频谱感知来判决当前可用的空 闲频谱资源，能够高效地实现频谱共享，提高频谱共享的可靠性，减 少频谱资源的浪费。

图3示出了一实施例提供的基于认知数据库和频谱感知的频谱 共享装置的结构示意图，如图3所示，本实施例的基于认知数据库和 频谱感知的频谱共享装置包括：第一发送模块31、频谱感知模块32、 感知决策模块33和第二发送模块34；

第一发送模块31，用于感知系统向认知数据库发送读取请求， 所述读取请求为请求读取所述认知数据库中目标区域及相邻区域内 除所述感知系统外的其它感知系统的感知资源占用信息，以使所述认 知数据库根据所述读取请求查询相关信息，并将查询结果反馈给所述 感知系统；

频谱感知模块32，用于感知系统进行频谱感知，确定可用的感 知频段；

感知决策模块33，用于感知系统根据所述查询结果、信道质量 测量结果以及频谱感知结果进行频谱感知决策，确定需要申请的感知 资源；

第二发送模块34，用于感知系统根据所述频谱感知决策结果向 认知数据库发送感知资源申请消息，以使所述认知数据库在多个感知 系统同时申请相同频谱资源时，确定所述多个感知系统的接入优先级， 根据所述感知系统的感知资源申请消息和所述感知系统的接入优先 级进行感知资源决策，根据所述感知资源决策结果，向所述感知系统 发送感知资源授权消息或拒绝消息。

在具体应用中，本实施例所述装置还可包括图中未示出的：

认证请求发送模块，用于感知系统向认知数据库发送系统认证请 求，以使认知数据库对所述感知系统进行认证，确认合法后将认证结 果回复给所述感知系统。

在具体应用中，所述查询结果可包括：

目标区域及相邻区域内除所述感知系统外的其它感知系统的感 知资源信息、站点位置、发射功率和覆盖信息等。

在具体应用中，所述感知资源申请消息可包括：

本感知系统需要申请的感知资源信息、使用该感知资源的站点位 置、发射功率和覆盖信息等。

在具体应用中，所述接入优先级考虑不同用户的业务服务质量 (Quality of Service，简称Qos)特性可包括：

时延、业务持续时长和数据率，以及用户累计占用时长，当前频 谱资源空闲状态等。

本实施例的基于认知数据库和频谱感知的频谱共享装置，能够高 效地实现频谱共享，提高频谱共享的可靠性，减少频谱资源的浪费。

本实施例的基于认知数据库和频谱感知的频谱共享装置，可以用 于执行前述图1所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果 类似，此处不再赘述。

图4示出了本发明另一实施例提供的基于认知数据库和频谱感 知的频谱共享方法的流程示意图，本实施例所述方法是一种认知数据 库决策感知频段的频谱共享方法，如图4所示，本实施例的基于认知 数据库和频谱感知的频谱共享方法如下所述。

401、认知数据库接收感知系统在获取本系统频谱感知资源需求 后根据所述频谱感知资源需求发送的感知资源申请消息。

在具体应用中，所述感知资源申请消息可包括：本感知系统的站 点位置、发射功率和覆盖信息等。

402、认知数据库根据所述感知系统发送的感知资源申请消息、 所述认知数据库中的已占用频谱信息、以及所述认知数据库接收的目 标区域及相邻区域内除所述感知系统外的其它感知系统发送的感知 资源申请消息，获取所述感知系统预分配的共享频谱资源。

在具体应用中，本步骤402可具体为：

认知数据库根据所述感知系统发送的感知资源申请消息、所述认 知数据库中的已占用频谱信息、以及所述认知数据库接收的目标区域 及相邻区域内除所述感知系统外的其它感知系统发送的感知资源申 请消息，按照公平分配、最大化频谱利用效率原则，获取所述感知系 统预分配的共享频谱资源。

403、认知数据库将所述预分配的共享频谱资源和目标区域及相 邻区域内除所述感知系统外的其它感知系统的频谱使用信息发送给 所述感知系统，以使所述感知系统根据本系统频谱感知资源需求、目 标区域及相邻区域内除所述感知系统外的其它感知系统的频谱使用 信息，对所述预分配的共享频谱资源进行频谱感知，并在根据频谱感 知结果、频谱信息和信道质量测量进行频谱感知决策而判定预分配的 共享频谱资源是否能够满足本系统感知资源需求后，将频谱感知决策 结果反馈给所述认知数据库。

404、认知数据库根据所述感知系统所反馈的频谱感知决策结果、 认知数据库中的已占用频谱信息、以及目标区域及相邻区域内除所述 感知系统外的其它感知系统所反馈的频谱感知决策结果，进行感知资 源决策。

在具体应用中，本步骤404可具体为：

认知数据库根据所述感知系统所反馈的频谱感知决策结果、认知 数据库中的已占用频谱信息、以及目标区域及相邻区域内除所述感知 系统外的其它感知系统所反馈的频谱感知决策结果，按照公平分配、 最大化频谱利用效率原则，进行感知资源决策。

405、认知数据库根据所述感知资源决策结果，向所述感知系统 发送感知资源授权消息或拒绝消息。

在具体应用中，在上述步骤401之前，还可包括图中未示出的步 骤：

认知数据库接收感知系统发送的系统认证请求；

认知数据库对所述感知系统进行认证，确认合法后将认证结果回 复给所述感知系统。

图5示出了本实施例所述方法的信令示意图。

本实施例的基于认知数据库和频谱感知的频谱共享方法，是一种 认知数据库决策感知频段的频谱共享方法，通过认知数据库接收感知 系统在获取本系统频谱感知资源需求后根据所述频谱感知资源需求 发送的感知资源申请消息，根据所述感知系统发送的感知资源申请消 息、所述认知数据库中的已占用频谱信息、以及所述认知数据库接收 的目标区域及相邻区域内除所述感知系统外的其它感知系统发送的 感知资源申请消息，获取所述感知系统预分配的共享频谱资源，将所 述预分配的共享频谱资源和目标区域及相邻区域内除所述感知系统 外的其它感知系统的频谱使用信息发送给所述感知系统，以使所述感 知系统根据本系统频谱感知资源需求、目标区域及相邻区域内除所述 感知系统外的其它感知系统的频谱使用信息，对所述预分配的共享频 谱资源进行频谱感知，并在根据频谱感知结果、频谱信息和信道质量 测量进行频谱感知决策而判定预分配的共享频谱资源是否能够满足 本系统感知资源需求后，将频谱感知决策结果反馈给所述认知数据库， 认知数据库根据所述感知系统所反馈的频谱感知决策结果、认知数据 库中的已占用频谱信息、以及目标区域及相邻区域内除所述感知系统 外的其它感知系统所反馈的频谱感知决策结果，进行感知资源决策， 根据所述感知资源决策结果，向所述感知系统发送感知资源授权消息 或拒绝消息，是通过在频谱感知前通过认知数据库获取一定的先验信 息，然后辅以频谱感知来判决当前可用的空闲频谱资源，能够高效地 实现频谱共享，提高频谱共享的可靠性，减少频谱资源的浪费。

图6示出了另一实施例提供的基于认知数据库和频谱感知的频 谱共享装置的结构示意图，如图6所示，本实施例的基于认知数据库 和频谱感知的频谱共享装置包括：第一接收模块61、获取模块62、 第三发送模块63、感知资源决策模块64和第四发送模块65；

第一接收模块61，用于认知数据库接收感知系统在获取本系统 频谱感知资源需求后根据所述频谱感知资源需求发送的感知资源申 请消息；

获取模块62，用于认知数据库根据所述感知系统发送的感知资 源申请消息、所述认知数据库中的已占用频谱信息、以及所述认知数 据库接收的目标区域及相邻区域内除所述感知系统外的其它感知系 统发送的感知资源申请消息，获取所述感知系统预分配的共享频谱资 源；

第三发送模块63，用于认知数据库将所述预分配的共享频谱资 源和目标区域及相邻区域内除所述感知系统外的其它感知系统的频 谱使用信息发送给所述感知系统，以使所述感知系统根据本系统频谱 感知资源需求、目标区域及相邻区域内除所述感知系统外的其它感知 系统的频谱使用信息，对所述预分配的共享频谱资源进行频谱感知， 并在根据频谱感知结果、频谱信息和信道质量测量进行频谱感知决策 而判定预分配的共享频谱资源是否能够满足本系统感知资源需求后， 将频谱感知决策结果反馈给所述认知数据库；

感知资源决策模块64，用于认知数据库根据所述感知系统所反 馈的频谱感知决策结果、认知数据库中的已占用频谱信息、以及目标 区域及相邻区域内除所述感知系统外的其它感知系统所反馈的频谱 感知决策结果，进行感知资源决策；

第四发送模块65，用于认知数据库根据所述感知资源决策结果， 向所述感知系统发送感知资源授权消息或拒绝消息。

在具体应用中，本实施例所述装置还可包括图中未示出的：

认证请求接收模块，用于认知数据库接收感知系统发送的系统认 证请求；

认证模块，用于认知数据库对所述感知系统进行认证，确认合法 后将认证结果回复给所述感知系统。

在具体应用中，所述感知资源申请消息可包括：本感知系统的站 点位置、发射功率和覆盖信息等。

在具体应用中，所述获取模块62，可具体用于

认知数据库根据所述感知系统发送的感知资源申请消息、所述认 知数据库中的已占用频谱信息、以及所述认知数据库接收的目标区域 及相邻区域内除所述感知系统外的其它感知系统发送的感知资源申 请消息，按照公平分配、最大化频谱利用效率原则，获取所述感知系 统预分配的共享频谱资源。

在具体应用中，所述感知资源决策模块64，可具体用于

认知数据库根据所述感知系统所反馈的频谱感知决策结果、认知 数据库中的已占用频谱信息、以及目标区域及相邻区域内除所述感知 系统外的其它感知系统所反馈的频谱感知决策结果，按照公平分配、 最大化频谱利用效率原则，进行感知资源决策。

本实施例的基于认知数据库和频谱感知的频谱共享装置，能够高 效地实现频谱共享，提高频谱共享的可靠性，减少频谱资源的浪费。

本实施例的基于认知数据库和频谱感知的频谱共享装置，可以用 于执行前述图4所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果 类似，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或 部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储 于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方 法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者 光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案， 而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明， 本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载 的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替 换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各 实施例技术方案的范围。