專利名稱：一種異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中頻譜資源的分配方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，尤其涉及一種異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中頻譜資源的分配方法及裝置。
背景技術(shù)：
近年來，從3G到WLAN、WiMAX，從UWB到ZigBee，從Bluetooth到DVB-H，無線通信多樣化的發(fā)展格局日益明顯，各種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的互補(bǔ)融合已成為大勢所趨。無線通信的迅速發(fā)展，不但對異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)有機(jī)地融合提出了更高的要求，而且提出了更高的頻譜資源需求?，F(xiàn)有的無線頻譜分配制度為固定頻譜分配，將頻譜劃分為2個(gè)部分授權(quán)頻段(LicensedFrequencyBand，LFB)和非授權(quán)頻段(Unlicensed Frequency Band，UFB)。大部分的頻譜資源被用于授權(quán)頻段，例如3G、WiMAX、UWB等；而非授權(quán)頻段的頻譜資源要少得多，由于WLAN、WPAN、WMAN等無線通信業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，這些網(wǎng)絡(luò)所工作的非授權(quán)頻段已趨近飽和。
近年來對頻譜資源利用狀況的測量結(jié)果表明，授權(quán)用戶(LicensedUsers， LUs)對其授權(quán)頻譜實(shí)際上利用得極不充分(低于15% )，存在著大量的頻譜空穴；與傳統(tǒng)的固定頻譜分配方案相比，認(rèn)知無線電(CognitiveRadio， CR)技術(shù)在授權(quán)頻段中引入非授權(quán)用戶(Unlicensed Users, ULUs)機(jī)會(huì)式接入授權(quán)網(wǎng)絡(luò)的頻譜，為解決頻譜資源不足，提高頻譜利用率開創(chuàng)了嶄新的局面。出于保護(hù)授權(quán)用戶通信質(zhì)量的考慮，非授權(quán)用戶的引入需要滿足一個(gè)前提，即它的傳輸必須滿足授權(quán)用戶的干擾溫度約束；另外，當(dāng)授權(quán)用戶出現(xiàn)時(shí)，非授權(quán)用戶應(yīng)即時(shí)歸還當(dāng)前的授權(quán)頻譜，轉(zhuǎn)而尋找其他的空閑頻段。
在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)存在如下問題 由于現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)方案沒有為非授權(quán)用戶專門預(yù)留頻段，所以該方案必定影響非授權(quán)用戶的服務(wù)質(zhì)量(Qos)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的具體實(shí)施方式
提供一種無線網(wǎng)絡(luò)中頻譜資源的分配方法及裝置，該方法及裝置具有保證非授權(quán)用戶的服務(wù)質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)。 本發(fā)明提供一種異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中頻譜資源的分配方法，所述方法包括 在授權(quán)頻段的網(wǎng)絡(luò)接收到非授權(quán)用戶的請求后，判斷普通頻段是否空閑，如是，則
接受所述非授權(quán)用戶的請求，并將所述非授權(quán)用戶分配到普通頻段； 如否，則在預(yù)留頻段空閑時(shí)，接收所述非授權(quán)用戶的請求，并將所述非授權(quán)用戶分配到預(yù)留頻段； 所述普通頻段為為授權(quán)用戶和非授權(quán)用戶提供服務(wù)的頻段；所述預(yù)留頻段為專為非授權(quán)用戶提供服務(wù)的頻段。
本發(fā)明提供一種異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中頻譜資源的分配裝置，所述裝置包括 判斷單元，用于在在授權(quán)頻段的網(wǎng)絡(luò)接收到非授權(quán)用戶的請求后，判斷普通頻段
是否空閑；
4
普通接入單元，用于在所述判斷單元判斷出是時(shí)，接受所述非授權(quán)用戶的請求，并將所述非授權(quán)用戶分配到普通頻段； 預(yù)留接入單元，用于在所述判斷單元判斷出否時(shí)，則在預(yù)留頻段空閑時(shí)，接收所述非授權(quán)用戶的請求，并將所述非授權(quán)用戶分配到預(yù)留頻段； 所述普通頻段為為授權(quán)用戶和非授權(quán)用戶提供服務(wù)的頻段；所述預(yù)留頻段為專為非授權(quán)用戶提供服務(wù)的頻段。 由上述本發(fā)明的具體實(shí)施例提供的技術(shù)方案具有在授權(quán)用戶出現(xiàn)時(shí)，也能保證非授權(quán)用戶的服務(wù)質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明提供的一種異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中頻譜資源的分配方法的流程 圖2為本發(fā)明提供的一種異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中頻譜資源的分配裝置的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明具體實(shí)施方式
提供一種異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中頻譜資源的分配方法，該方法如圖1所示，包括 Sll、在接收到非授權(quán)用戶的請求后，檢測普通頻段是否空閑，如是，則進(jìn)行步驟S12 ;否則進(jìn)行S13-S15 ; S12、接受非授權(quán)用戶的請求，并將非授權(quán)用戶分配到普通頻段；
S13、則檢測預(yù)留頻段是否空閑，如是，則進(jìn)行S14 ;否則進(jìn)行S15 ;
S14、接受非授權(quán)用戶的請求，并將非授權(quán)用戶分配到預(yù)留頻段；
S15、拒絕非授權(quán)用戶的請求。 本發(fā)明提供的方法中的非授權(quán)用戶在普通頻段沒有空閑信道的情況下，將非授權(quán)用戶分配到預(yù)留頻段，進(jìn)而保證了非授權(quán)用戶的Qos。 上述方法可以由在授權(quán)頻段的網(wǎng)絡(luò)來完成，例如；3G、 WiMAX、UWB等. 上述方法中的普通頻段可以為，為授權(quán)用戶和非授權(quán)用戶提供服務(wù)的頻段，預(yù)留
頻段可以為，專為非授權(quán)用戶提供服務(wù)的頻段。 可選的，上述方法在S14之后還可以包括如檢測到普通頻段有空閑，則將非授權(quán)用戶轉(zhuǎn)換到普通頻段。當(dāng)普通頻段有空閑時(shí)，將非授權(quán)用戶從預(yù)留頻段轉(zhuǎn)換到普通頻段，增加了預(yù)留頻段的信道數(shù)，使得預(yù)留頻段能接入更多的授權(quán)用戶，進(jìn)一步的提高了非授權(quán)用戶的Qos、 可選的，上述普通頻段和預(yù)留頻段的分配方法可以為靜態(tài)配置，以3G網(wǎng)絡(luò)為例，將3G網(wǎng)絡(luò)的授權(quán)頻段中的80%分配給普通頻段，將3G網(wǎng)絡(luò)的授權(quán)頻段中20%分配給預(yù)留頻段。當(dāng)然上述普通頻段和預(yù)留頻段的分配方法可以為動(dòng)態(tài)配置，即根據(jù)授權(quán)用戶允許的中斷概率計(jì)算出預(yù)留頻段的信道個(gè)數(shù)；具體的計(jì)算方法可以為 為了計(jì)算的方便，這里將系統(tǒng)的授權(quán)頻段分為預(yù)留頻段集合SK二 {1，2， ...， L}和普通頻段集合Sw二 {1，2， ...， Jh其中L+J二K;L、 J分別表示預(yù)留頻段的信道個(gè)數(shù)和
普通頻段的信道個(gè)數(shù)，K表示授權(quán)頻段的信道總個(gè)數(shù)；指示向量0 = {^,^2,...,^}表示信道K是否被占用，cK二O表示信道K空閑，而(K= 1則表示信道K正在被使用。令(i， j，1)表示系統(tǒng)狀態(tài)，其中i， j和1分別表示占用普通頻段的非授權(quán)用戶的個(gè)數(shù)，占用普通頻段的授權(quán)用戶的個(gè)數(shù)和占用預(yù)留頻段的非授權(quán)用戶的個(gè)數(shù)；系統(tǒng)的狀態(tài)空間A = {(i， j，l)|i+j《J，1《L}。令(i， j，l)表示穩(wěn)態(tài)概率分布，其中(i， j，l) g A ;
當(dāng)信道資源充足時(shí)，SP A工={(i， j， 1) |i+j < J， 1 =0}，所有新入網(wǎng)的用戶，無論授權(quán)用戶還是非授權(quán)用戶，都能被分配到普通頻段，因此不會(huì)發(fā)生通信中斷的情況，那么用公式(1)可表示成 [iiis+入s+(i+l) iip+入p] JI (i， j， 1)
=入s n， j ， 0) + (i+1) U s Ji (i+1 ， j ， 0)
+ApJi (i， j-l) + (i + l) iipJi (i， j + 1) (1) 其中，P s表示非授權(quán)用戶業(yè)務(wù)的服務(wù)時(shí)間的概率；Pp表示授權(quán)用戶業(yè)務(wù)的服務(wù)
時(shí)間的概率；A s表示非授權(quán)用戶到達(dá)概率，A p表示授權(quán)用戶到達(dá)概率。 當(dāng)系統(tǒng)中所有的普通頻段都被占用，同時(shí)，有部分預(yù)留頻段也在被非授權(quán)用戶使
用，此時(shí)系統(tǒng)的狀態(tài)A2 = {(i， j， 1) |i+j = J， 1 <L};用公式(2)可以表示為 [ A s+ (j+1) ii s+j y p+ A p] Ji (i ， j ， 1) = (i+j + 1) iisJi (i， j， l + l) + AsJi (i， j， 1-1) +ApJi (i+l， j-l， 1-1) +(j+1) iip Ji (i-l， j+l， 1+1) (2) 當(dāng)系統(tǒng)中所有的普通頻段都在被授權(quán)用戶使用，非授權(quán)用戶只能使用預(yù)留信道，
此時(shí)系統(tǒng)的狀態(tài)A3 = Ki， j， 1) |i = 0， j = J， 1 < L};用公式(3)可以表示為 [As+liis+Jiip] Ji (0， J， 1) = (1+1) y s ji (0， J， 1+1) + A s Ji (0， J， 1-1) (3) +ApJi (1， J-l， 1-1) 當(dāng)系統(tǒng)中所有的普通頻段都在被授權(quán)用戶使用，所有的預(yù)留頻譜都在被非授權(quán)用戶使用，此時(shí)系統(tǒng)的狀態(tài)A4 = Ki， j， 1) I i = 0， j = J， 1 = L};用公式(4)可以表示為
[Liis+Jiip](0， J，L) = 、Ji (0， J，L-l) +入pJi (1， J_l， L_l) (4)
上述公式(1)、 (2)、 (3)和(4)中所有的穩(wěn)態(tài)概率應(yīng)該滿足歸一化約束E
4
1)e A(i， j，l) = 1，其中A-U 聯(lián)合上述(1)、(2)、(3)和(4)可以求解穩(wěn)態(tài)概率分布
,=1 。{ ji (i， j， 1) I (i， j， 1) g A};具體的求解方法可以參見文獻(xiàn)《Introduction to QueueingTheory》的描述。 在本發(fā)明所提供的機(jī)制中，當(dāng)普通頻段都被占用時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致新入網(wǎng)的授權(quán)用戶通信中斷，授權(quán)用戶中斷概率為尸/ (丄)二 H(/,,/)eA3uA4冗("乂,0 ( 5 ) 當(dāng)普通頻段和預(yù)留頻段都被占用時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致新入網(wǎng)的非授權(quán)用戶通信中斷，非授權(quán)用戶中斷概率為
<formula>formula see original document page 6</formula> 對于正在通信的非授權(quán)用戶，當(dāng)沒有空閑信道時(shí)，新入網(wǎng)的授權(quán)用戶就會(huì)導(dǎo)致普
通頻段上非授權(quán)用戶的中斷，該中斷概率計(jì)算式為<formula>formula see original document page 7</formula>
對于非授權(quán)用戶的吞吐]
<formula>formula see original document page 7</formula>(7)
:，其計(jì)算式為
<formula>formula see original document page 7</formula>
其中，<formula>formula see original document page 7</formula>
本發(fā)明用Sigmoid型效用函數(shù)衡量非授權(quán)用戶的吞吐量，具體計(jì)算式如下
"P丄=
1}
(9)
其中，g和h為常數(shù)。
為了限制對授權(quán)用戶的干擾在其中斷概率約束范圍內(nèi)，并最大化公式(9)的效要找到一個(gè)最適合的信道預(yù)留數(shù)目L*。本發(fā)明用P皿/表示授權(quán)用戶允許的最大中斷
(可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定)，因此，最優(yōu)信道預(yù)留計(jì)算式為
= arg max U
""尸/(丄)《p丄" (10)
求解公式(10)，獲取預(yù)留頻譜的信道數(shù)1A
當(dāng)動(dòng)態(tài)的分配預(yù)留頻段的信道數(shù)時(shí)，根據(jù)上述方法求解得到信道數(shù)L 使得該方 可選的，上述裝置還包括 轉(zhuǎn)換單元24，用于在所述預(yù)留接入單元完成將所述非授權(quán)用戶分配到預(yù)留頻段后，判斷普通頻段空閑時(shí)，將所述非授權(quán)用戶轉(zhuǎn)換到所述普通頻段。 本發(fā)明提供的裝置中的非授權(quán)用戶在普通頻段沒有空閑信道的情況下，將非授權(quán)用戶分配到預(yù)留頻段，進(jìn)而保證了非授權(quán)用戶的Qos。 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，附圖中的模塊或流程并不一定是實(shí)施本發(fā)明所必須的。 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分步驟可以通過程序來指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，包括方法實(shí)施例的步驟之一或其組合。 本發(fā)明具體實(shí)施方式
所述的技術(shù)方案具有非授權(quán)用戶在普通頻段沒有空閑信道
的情況下，將非授權(quán)用戶分配到預(yù)留頻段，進(jìn)而保證了非授權(quán)用戶的Qos的優(yōu)點(diǎn)。 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，
任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，
都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中頻譜資源的分配方法，其特征在于，所述方法包括在授權(quán)頻段的網(wǎng)絡(luò)接收到非授權(quán)用戶的請求后，判斷普通頻段是否空閑，如是，則接受所述非授權(quán)用戶的請求，并將所述非授權(quán)用戶分配到普通頻段；如否，則在預(yù)留頻段空閑時(shí)，接收所述非授權(quán)用戶的請求，并將所述非授權(quán)用戶分配到預(yù)留頻段；所述普通頻段為為授權(quán)用戶和非授權(quán)用戶提供服務(wù)的頻段；所述預(yù)留頻段為專為非授權(quán)用戶提供服務(wù)的頻段。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將所述非授權(quán)用戶分配到預(yù)留頻段之后還包括在普通頻段空閑時(shí)，將所述非授權(quán)用戶轉(zhuǎn)換到所述普通頻段。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括靜態(tài)或動(dòng)態(tài)配置所述普通頻段和預(yù)留頻段。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，當(dāng)動(dòng)態(tài)配置所述普通頻段和預(yù)留頻段時(shí)，所述預(yù)留頻段信道數(shù)的計(jì)算方法為= arg maxU求解上述公式得到預(yù)留頻段信道數(shù)L* ;其中Pma/表示授權(quán)用戶允許的最大中斷概率；"剛 1A3= Ki， j，l)△ 4 = Ki， j， 1)P (L) =E=0， j = J， 1 < L};=0， j = J， 1 = L};^ (i， j，l)PsPc。m(L)《(丄)+ (1-《(丄))尸/",(丄):X!(W,/)eA4zL、 J分別表示預(yù)留頻段的信道個(gè)數(shù)和普通頻段的信道個(gè)數(shù)，(i， j， 1)表示穩(wěn)態(tài)概率分布；(i， j， 1)表示授權(quán)頻段的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)狀態(tài)；i^表示非授權(quán)用戶業(yè)務(wù)的服務(wù)時(shí)間的概率；A p表示授權(quán)用戶到達(dá)概率。
5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于是，所述授權(quán)頻段的網(wǎng)絡(luò)包括3G、WiMAX或腿。
6. —種異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中頻譜資源的分配裝置，其特征在于，所述裝置包括判斷單元，用于在在授權(quán)頻段的網(wǎng)絡(luò)接收到非授權(quán)用戶的請求后，判斷普通頻段是否空閑；普通接入單元，用于在所述判斷單元判斷出是時(shí)，接受所述非授權(quán)用戶的請求，并將所述非授權(quán)用戶分配到普通頻段；預(yù)留接入單元，用于在所述判斷單元判斷出否時(shí)，則在預(yù)留頻段空閑時(shí)，接收所述非授權(quán)用戶的請求，并將所述非授權(quán)用戶分配到預(yù)留頻段；所述普通頻段為為授權(quán)用戶和非授權(quán)用戶提供服務(wù)的頻段；所述預(yù)留頻段為專為非授權(quán)用戶提供服務(wù)的頻段。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括轉(zhuǎn)換單元，用于在所述預(yù)留接入單元完成將所述非授權(quán)用戶分配到預(yù)留頻段后，判斷普通頻段空閑時(shí)，將所述非授權(quán)用戶轉(zhuǎn)換到所述普通頻段。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)中頻譜資源的分配方法及裝置，該方法及裝置屬于網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，該方法包括在授權(quán)頻段的網(wǎng)絡(luò)接收到非授權(quán)用戶的請求后，判斷普通頻段是否空閑，如是，則接受所述非授權(quán)用戶的請求，并將所述非授權(quán)用戶分配到普通頻段；如否，則在預(yù)留頻段空閑時(shí)，接收所述非授權(quán)用戶的請求，并將所述非授權(quán)用戶分配到預(yù)留頻段；所述普通頻段為為授權(quán)用戶和非授權(quán)用戶提供服務(wù)的頻段；所述預(yù)留頻段為專為非授權(quán)用戶提供服務(wù)的頻段。本發(fā)明的具體實(shí)施例提供的技術(shù)方案具有在授權(quán)用戶出現(xiàn)時(shí)，也能保證非授權(quán)用戶的服務(wù)質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H04W28/24GK101778435SQ201010034059
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月13日
發(fā)明者李屹, 李希金, 李曦, 毛旭, 王成金, 紀(jì)紅, 黎明 申請人:北京郵電大學(xué)