一种动态频谱管理系统和方法

本发明涉及通信技术，尤其涉及一种动态频谱管理系统和方法。

在传统的无线电频谱管理中，采用单用途、固定频谱分配方式将某频带 划分给某无线业务，再将该频带分割成若干频段，分别授权给不同的无线业 务运营商使用。在某频段上，授予某运营商的无线接入系统在全时段、整个 地理区域内使用该频段的权利，即使它不使用频率，其它系统也无权使用该 频段频率，这种拥有授权频谱的系统称为授权系统。

还有一种认知无线电系统(CR)，通过获得授权系统占用频谱的信息， 在不影响授权系统通信的前提下选择空闲频率进行通信，当授权系统重新占 用频率时，CR要能及时归还频率。

由于认知无线电系统可以有多个，授权系统也可以有多个，为了使频谱 资源能被高效、公平、可靠地利用，让一个认知无线电系统能够灵活地使用 多个授权系统的空闲频段，及让一个授权系统的空闲频谱能被多个认知无线 电系统使用，需要提供一种系统，用于在多个认知无线电系统与多个授权系 统之间进行频谱管理。

有鉴于此，本发明提供了一种动态频谱管理系统和方法，用于在多个认 知无线电系统与多个授权系统之间进行频谱管理，以提高频谱利用率。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种动态频谱管理系统，该系统包括授权系统管理模块、认知无线电系统 管理模块、频谱数据库、干扰评估模块和频谱分配模块；

所述授权系统管理模块，用于与有信令交互通道的授权系统进行信令交互， 通过信令交互获取所述授权系统提供的可供分配的空闲频谱信息，将该空闲频 谱信息存入频谱数据库；

所述认知无线电系统管理模块，用于与认知无线电系统进行信令交互，获 取具备频谱检测能力的认知无线电系统检测出的空闲频谱信息，将该空闲频谱 信息存入频谱数据库；接收认知无线电系统的频率申请消息和把分配的频率通 知给认知无线电系统；所述频率申请消息中携带有认知无线电系统的频率需求 信息；

所述频谱数据库，用于存储空闲频谱信息；

所述干扰评估模块，用于根据所述频谱数据库中存储的空闲频谱信息，评 估各认知无线电系统占用各授权系统的各空闲频谱时对各授权系统产生的干 扰；

所述频谱分配模块，用于根据所述干扰评估模块的评估结果、频谱数据 库中的空闲频谱信息及认知无线电系统的频率需求，为认知无线电系统分配 授权系统的空闲频谱。

一种动态频谱管理方法，该方法包括：

通过与有信令交互通道的授权系统进行信令交互获取授权系统的空闲频谱 信息；

通过与认知无线电系统进行信令交互获取有频谱检测能力的认知无线电系 统检测出的空闲频谱信息；

接收认知无线电系统的频率申请消息，该频率申请消息中携带有认知无线 电系统的频率需求信息，根据获取的空闲频谱信息，评估各认知无线电系统占 用各授权系统的各空闲频谱时对各授权系统产生的干扰；

根据干扰评估结果、获取的空闲频谱信息和认知无线电的频率需求为认 知无线电系统分配授权系统的空闲频谱。

由上述技术方案可见，本发明通过与授权系统进行信令交互获取授权系 统的空闲频谱信息，通过与有频谱检测能力的认知无线电系统进行信令交互 获取该认知无线电系统检测出的空闲频谱信息，根据获取的空闲频谱信息为 认知无线电系统分配授权系统的空闲频谱，实现了多个认知无线电系统与多 个授权系统之间的频谱管理，由于认知无线电系统可以占用授权系统的空闲 频谱，因此能够提高频谱利用率。

另外，由于本发明中通过与有信令交互通道的授权系统进行信令交互获 取授权系统的空闲频谱信息，通过与认知无线电系统进行信令交互，由认知 无线电系统进行频谱检测，进而通过信令上报检测结果，因此本发明可以支 持通过信令交互和通过频谱检测两种方式获得空闲频谱信息。

图1是本发明提供的动态频谱管理系统结构图。

图2是根据频率申请消息进行频谱分配的动态频谱管理系统结构图。

图3是本发明提供的动态频谱管理方法流程图。

图1是本发明提供的动态频谱管理系统结构图。

如图1所示，该系统包括授权系统管理模块101、认知无线电系统管理模块 102、频谱数据库103、干扰评估模块104和频谱分配模块105。

授权系统管理模块101，用于与有信令交互通道的授权系统进行信令交互， 通过信令交互获取所述授权系统的空闲频谱信息，将该空闲频谱信息存入频谱 数据库103。

认知无线电系统管理模块102，用于与认知无线电系统进行信令交互，获取 具备频谱检测能力的认知无线电系统检测出的空闲频谱信息，将该空闲频谱信 息存入频谱数据库103。接收认知无线电系统的频率申请消息和把分配的频率通 知给认知无线电系统，所述频率申请消息中携带有认知无线电系统的频率需求 信息。

频谱数据库103，用于存储空闲频谱信息。

干扰评估模块104，用于根据频谱数据库103中存储的空闲频谱信息，评估 各认知无线电系统占用各授权系统的各空闲频谱时对各授权系统产生的干扰。

频谱分配模块105，用于根据干扰评估模块104的评估结果、频谱数据库 103中的空闲频谱信息及认知无线电系统的频率需求，为认知无线电系统分配授 权系统的空闲频谱。

一般地，认知无线电系统先向图1所示的动态频谱管理系统发送频率申请 消息，然后动态频谱管理系统再根据该频率申请消息进行频谱分配，具体地：

认知无线电系统管理模块102，用于接收认知无线电系统的频率申请消息， 向授权系统管理模块101发送问询指示，向有频谱检测能力的认知无线电系统 发送频谱检测问询消息，获取与所述授权系统管理模块之间没有信令交互通道 的授权系统的空闲频谱信息，将该空闲频谱信息存入频谱数据库103；根据所述 频率申请消息向频谱分配模块105发送频谱申请指示，将频谱分配模块105分 配的空闲频谱信息发给所述认知无线电系统。

授权系统管理模块101，用于根据所述问询指示，向有信令交互通道的授权 系统发送空闲频谱问询消息，接收授权系统通过空闲频谱供应消息报告的空闲 频谱信息，将该空闲频谱信息存入频谱数据库103。

频谱分配模块105，用于根据所述频谱申请指示，从频谱数据库103中获取 更新的空闲频谱信息，调用干扰评估模块104对发送所述频率申请消息的认知 无线电系统占用各授权系统的空闲频谱时对各授权系统产生的干扰进行评估， 根据评估结果为发送所述频率申请消息的认知无线电系统分配空闲频谱。

其中，认知无线电系统可以周期性地发送频率申请消息。

动态频谱管理系统根据频率申请消息进行频谱分配，可以实时适应认知无 线电系统的频谱需求，提高动态频谱管理系统的灵活性。

图2是根据频率申请消息进行频谱分配的动态频谱管理系统结构图。

如图2所示，该系统包括授权系统管理模块201、认知无线电系统管理模块 202、频谱数据库203、干扰评估模块204和频谱分配模块205，其中，认知无 线电系统管理模块202包括第一模块2021、第二模块2022、第三模块2023和 第四模块2024。

第一模块2021，用于接收认知无线电系统的频率申请消息，向有频谱检测 能力的认知无线电系统发送频谱检测问询消息，获取与授权系统管理模块201 之间没有信令交互通道的授权系统的空闲频谱信息，将频谱分配模块205分配 的空闲频谱信息发给所述认知无线电系统。

第二模块2022，用于将该空闲频谱信息存入频谱数据库203。

第三模块2023，用于在第一模块2021收到频率申请消息时，向授权系统管 理模块201发送问询指示。

第四模块2024，用于根据所述频率申请消息向频谱分配模块204发送频谱 申请指示，接收频谱分配模块204分配的空闲频谱信息，并转发给第一模块2021。

授权系统管理模块201，用于根据所述问询指示，向有信令交互通道的授权 系统发送空闲频谱问询消息，接收授权系统通过空闲频谱供应消息报告的空闲 频谱信息，将该空闲频谱信息存入频谱数据库203。

频谱数据库203，用于存储空闲频谱信息。

频谱分配模块204，用于根据所述频谱申请指示，从频谱数据库203中获取 更新的空闲频谱信息，调用干扰评估模块204对发送所述频率申请消息的认知 无线电系统占用各授权系统的空闲频谱时对各授权系统产生的干扰进行评估， 根据评估结果为发送所述频率申请消息的认知无线电系统分配空闲频谱。

其中，认知无线电系统接收到频谱检测问询消息后，向动态频谱管理系统 报告频谱检测结果消息，该消息可以是认知无线电系统在各频点检测到的信号 功率值，也可以是根据一定门限判断之后的各频点是否被授权系统占用的指示。

其中，授权系统管理模块201包括授权系统接口，用于接入多个授权系统， 与接入的授权系统进行信令交互。

第一模块2021，用于接入多个认知无线电系统，与接入的认知无线电系统 进行信令交互。即该第一模块2021中包含认知无线电系统接口。

可以预先定义统一的授权系统接口和统一的认知无线电系统接口，以使得 一个动态频谱管理系统可以接入多个授权系统和多个认知无线电系统，一个授 权系统或一个认知无线电系统也可以接入多个动态频谱管理系统。

所述频率申请消息中携带的频率需求信息可以包括认知无线电系统的工作 频率范围、带宽要求等；时间信息包括对空闲时长的要求，例如根据业务需求 可以估计认知无线电系统需要连续占用频谱资源的时长，需要使用频谱资源的 起始时间等；空间信息包括占用频谱资源的地理范围要求。

相应地，授权系统通过空闲频谱供应消息向动态频谱管理系统报告可分配 的空闲频谱信息时，该空闲频谱供应消息中可以包括：空闲频谱的频率特征(例 如中心频率、带宽等)、时间特征(例如空闲时长、空闲期的起始时间)和空间 特征(频谱在哪些地理范围内处于空闲状态)。

为认知无线电系统分配频谱的消息(简称空闲频谱分配消息)中可以携带 有空闲频谱的频谱特征、时间特征和空间特征。认知无线电系统根据频谱分配 消息使用空闲频谱进行通信。

所述频率申请消息中还可以携带有认知无线电系统的优先级信息，以便能 够为优先级高的业务优先分配频谱。所述优先级信息可以是优先级指示，可以 是与优先级指示对应的信息，例如认知无线电系统的标识等。

所述频率申请消息中还可以携带有认知无线电系统对授权系统的保护能力 信息。其中，所述认知无线电系统对授权系统的保护能力信息包括认知无线电 系统的频谱感知能力信息和/或发射功率信息。其中的频谱感知能力包括频谱感 知的粒度和范围等信息。

所述空闲频谱供应消息中还可以包括授权系统的抗干扰指标和/或对认知无 线电系统的频谱感知能力的要求等，以便根据所述抗干扰指标和/或对认知无线 电系统的频谱感知能力的要求，对认知无线电系统的空闲频谱检测结果进行处 理和/或为认知无线电系统分配空闲频谱。例如，如果认知无线电系统占用授权 系统的空闲频谱时对授权系统产生的干扰不满足所述抗干扰指标，则不能将该 空闲频谱分配给所述认知无线电系统；如果认知无线电系统对授权系统的保护 能力不满足授权系统对频谱感知能力的要求，则频谱分配中不能仅根据该认知 无线电系统的频谱检测结果而判定该授权系统的频谱占用情况。

根据各授权系统的空闲频谱信息、各授权系统的抗干扰指标和各认知无线 电系统对授权系统的保护能力，干扰估计模块103或干扰评估模块203对各认 知无线电系统利用各空闲频率可能给各授权系统引起的干扰进行评估，如果某 认知无线电系统引起的干扰超过授权系统报告的抗干扰指标，就不能把该频率 分配给该认知无线电系统。

除了考虑认知无线电系统对授权系统的干扰外，为了优化认知无线电系统 的通信质量，还可以进一步考虑授权系统对认知无线电系统的干扰，具体地：

干扰评估模块103或干扰评估模块203，还包括一模块，用于评估各认知无 线电系统占用各授权系统的各空闲频谱时，授权系统对认知无线电系统产生的 干扰。

本发明还提供了一种动态频谱管理方法，具体请参见图3。

图3是本发明提供的动态频谱管理方法流程图。

如图3所示，该方法包括：

步骤301，接收认知无线电系统的频率申请消息，该频率申请消息中携带有 认知无线电系统的频率需求信息。

步骤302，通过与有信令交互通道的授权系统进行信令交互获取授权系统的 空闲频谱信息。

步骤303，通过与认知无线电系统进行信令交互获取有频谱检测能力的认知 无线电系统检测出的空闲频谱信息。

其中，步骤302和步骤303的顺序可调，亦可同步进行。

步骤304，根据获取的空闲频谱信息，评估各认知无线电系统占用各授权系 统的各空闲频谱时对各授权系统产生的干扰。

步骤305，根据干扰评估结果、获取的空闲频谱信息和认知无线电系统的频 率需求信息，为认知无线电系统分配授权系统的空闲频谱。

所述频率申请消息中携带的频谱需求信息包括需求频谱的频率信息、时间 信息和空间信息等信息。

所述频率申请消息中还可以携带有认知无线电系统的优先级信息和/或和认 知无线电系统对授权系统的保护能力信息，以便根据认知无线电系统的优先级 和/或认知无线电系统对授权系统的保护能力信息为认知无线电系统分配授权系 统的空闲频谱。其中，所述认知无线电系统对授权系统的保护能力信息包括认 知无线电系统的频谱感知能力信息和/或发射功率信息。

该方法还可以包括：评估各认知无线电系统占用各授权系统的各空闲频谱 时，授权系统对认知无线电系统产生的干扰。

则相应地，所述为认知无线电系统分配授权系统的空闲频谱包括：

根据各认知无线电系统占用各授权系统的各空闲频谱时，授权系统对认知 无线电系统的干扰、认知无线电系统对授权系统的干扰、空闲频谱信息和认知 无线电系统的频率需求信息为认知无线电系统分配授权系统的空闲频谱。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明保护的范围之内。