动态频谱共享无线通信系统工作信道的选择方法及其装置

摘要

本发明公开一种动态频谱共享无线通信系统工作信道的选择方法及其装置，所述方法通过采用信号频谱分析处理装置，对特定无线通信工作频带内所检测到的频谱持有者多个强干扰信号进行频谱分析处理，接着根据信号频谱分析处理装置的分析结果，同时设计满足射频接收机的中频频率f

说明书

技术领域

本发明涉及一种动态频谱共享无线通信系统工作信道的选择方法及其装置，属于射频电路、射频电路系统和无线通信领域。

背景技术

随着社会经济的发展，对无线通信的需求不断增加，频谱资源变得原来越紧缺，原有的固定频谱分配方式已经不能满足各种应用对频谱资源的需求，这就要求在工作频段上对频谱资源持有者不产生影响的前提下接入新的应用，从而提高频谱利用率，即动态频谱资源共享。要在已有用户的前提下接入动态频谱共享通信系统用户，则必须考虑原有系统信号对动态频谱共享系统的干扰。在动态频谱共享无线通信系统中，当已被占用的信道中存在强频谱持有者信号时，选择不同的空闲信道作为系统的工作信道，强频谱持有者信号干扰对系统通信质量的影响也不同。因此，选择一个恰当的空闲信道作为动态频谱共享无线通信系统的工作信道将十分重要。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种动态频谱共享无线通信系统工作信道的选择方法，其基于射频接收机前端技术，帮助动态频谱共享无线通信系统选择恰当的工作信道，降低通信系统所受干扰，保障通信质量。

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：

一种动态频谱共享无线通信系统工作信道的选择方法，包括以下步骤：(1)频谱持有者强干扰信号频率检测在特定无线通信系统工作频谱内，检测到频谱持有者中心频率分别为f_r1，f_r2...f_rk的k个强干扰信号，其中，k＜n，n为该特定无线通信系统工作频谱内的信道总数；(2)频谱持有者强干扰信号的频谱分析处理对于步骤(1)中获得的k个强干扰信号频率，采用信号频谱分析处理装置分别计算其三阶交调信号以及其他三阶交调分量，所述的信号频谱分析处理装置基于代数式2f_ri-f_rj和2f_rj-f_ri计算每对三阶交调信号，同时该频谱信号分析处理装置基于代数式f_rq+f_rp-f_rt计算三个不同干扰信号频率组合的三阶交调分量，通过频谱信号分析处理装置的计算，共有k(k-1)/2对三阶交调信号，且每一对三阶交调信号的频率为：2f_ri-f_rj和2f_rj-f_ri，同时还有C_k²C_k-2¹个由三个不同干扰信号频率组合的三阶交调分量：f_rq+f_rp-f_rt，其中，i≤k，j≤k，i≠j，而q、p、t为1到k中任意三个不同的数；(3)工作信道频率f_s的选择限制若射频接收机的中频频率f_IF以及该特定无线通信工作频谱带宽B_w满足f_IF＞2B_w时，根据公式：

f_s≠2f_ri-f_rj(i≤k，j ≤k，i≠j)

f_s≠f_rq+f_rp-f_rt(q≤k，p≤k，t≤k，q≠p≠t)

选择在特定无线通信系统工作频带内的一个空闲信道作为系统工作信道。

本发明的另一个技术目的是提供一种动态频谱共享无线通信系统工作信道的选择装置，包括用于检测特定无线通信系统工作频谱内频谱持有者强干扰信号总数k的强干扰信号频率检测装置、用于计算所检测到强干扰信号频率三阶交调信号以及其他三阶交调分量的信号频谱分析处理装置以及用于排除所述特定无线通信工作频带空闲信道中受干扰严重的部分的工作信道选择装置，所述的频谱信号分析处理装置基于代数式2f_ri-f_rj和2f_rj-f_ri计算每对三阶交调信号，同时该频谱信号分析处理装置基于代数式f_rq+f_rp-f_rt计算其他三阶交调分量，另外，所述的信号频谱分析处理装置基于代数式2f_ri-f_rj和2f_rj-f_ri计算每对三阶交调信号，同时该信号频谱分析处理装置基于代数式f_rq+f_rp-f_rt计算其他三阶交调分量，另外，所述工作信道选择装置基于公式

f_s≠2f_ri-f_rj(i≤k，j≤k，i≠j)

f_s≠f_rq+f_rp-f_rt(q≤k，p≤k，t≤k，q≠p≠t)

排除在特定无线通信工作频带空闲信道中受干扰严重的部分，以在余下的空闲通道中进行工作信道的选择，其中，k＜n，n为该特定无线通信工作频带内的信道总数。

根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果：

1.在现有无线通信系统中，采用的都是固定频谱分配模式，不存在相互干扰问题，信道选择都是在无干扰的前提先进行。本发明从射频接收机前端的角度分析了在存在多个强信号干扰的情况下系统工作信道的选择方法，从而保障在存在干扰情况时的通信质量。

2.一般通信系统工作信道抉择几乎不考虑射频子系统的因素，本发明创造性的将射频接收机前端的不可避免的非线性特性引入信道抉择因素之中，为通信系统选择更为合理的工作信道提供了依据。

3.本发明所提供的信号工作信道选择方法简单，使用方便，实用性强，可以推广到其他存在强干扰信号的无线通信系统之中。

附图说明

图1是存在多个强干扰信号时进入射频接收机前端的信号频谱；

图2是常用射频接收机前端结构的示意图；

图3是工作于UHF频段的动态频谱共享无线通信系统的射频子系统；

图4展示了中心频率为722MHz的信道在不存在干扰时的接收机EVM测试结果；

图5展示了中心频率为722MHz的信道存在干扰时的接收机EVM测试结果；

图6是存在三个强干扰信号时仿真原理图；

图7是存在强干扰时的EVM测试结果。

具体实施方式

附图非限制性地公开了本发明所涉及实施例的结构示意图，以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。

如图1所示，其为存在多个强干扰信号时进入射频前端的信号频谱情况之一，其中f_s表示系统信号频率，f_r1、f_r2...f_rk分别表示k(k＜n)个强干扰信号的频率。

如图2所示，其为一种可用于动态频谱共享通信系统的常用射频接收机前端结构。在该结构中，从天线接收下来的射频信号首先进行工作频带滤波，然后进入低噪声放大器放大，最后经镜像抑制滤波器滤波后进入混频器进行变频处理。

本发明所述的动态频谱共享无线通信系统信道的选择方法，包括以下步骤：(1)频谱持有者强干扰信号频率检测在特定无线通信工作频谱内，检测到频谱持有者中心频率分别为f_r1，f_r2...f_rk的k个强干扰信号，其中，k＜n，n为该特定无线通信工作频谱内的信道总数；(2)频谱持有者强干扰信号的频谱分析处理对于步骤(1)中获得的k个强干扰信号频率，采用信号频谱分析处理装置分别计算其三阶交调信号以及其他三阶交调分量，所述的信号频谱分析处理装置基于代数式2f_ri-f_rj和2f_rj-f_ri计算每对三阶交调信号，同时该信号频谱分析处理装置基于代数式f_rq+f_rp-f_rt计算三个不同干扰信号频率组合的三阶交调分量。通过信号频谱分析处理装置的计算，共有k(k-1)/2对三阶交调信号，且每一对三阶交调信号的频率为：2f_ri-f_rj和2f_rj-f_ri，同时还有C_k²C_k-2¹个由三个不同干扰信号频率组合的三阶交调分量：f_rq+f_rp-f_rt，其中，i≤k，j≤k，i≠j，而q、p、t为1到k中任意三个不同的数，C_k²C_k-2¹表示k≥3时，由该k个强干扰信号中任意三个不同信号基波互调后所产生的新生信号的数目，C为组合运算的表示符号；(3)工作信道频率f_s的选择限制若射频接收机的中频频率f_IF以及该特定无线通信工作频谱带宽B_w满足f_IF＞2B_w时，根据公式：

f_s≠2f_ri-f_rj(i≤k，j≤k，i≠j)

f_s≠f_rq+f_rp-f_rt(q≤k，p≤k，t≤k，q≠p≠t)

选择在特定无线通信系统工作频带内的一个空闲信道作为系统工作信道。

本发明所述的动态频谱共享无线通信系统信道的选择装置，包括用于检测特定无线通信工作频谱内频谱持有者强干扰信号总数k的强干扰信号频率检测装置、用于计算所检测排除所述特定无线通信工作频带空闲信道中受干扰严重的部分的工作信道选择装置，所述的频谱信号分析处理装置基于代数式2f_ri-f_rj和2f_rj-f_ri计算每对三阶交调信号，同时该频谱信号分析处理装置基于代数式f_rq+f_rp-f_rt计算其他三阶交调分量，另外，所述的信号频谱分析处理装置基于代数式2f_ri-f_rj和2f_rj-f_ri计算每对三阶交调信号，同时该信号频谱分析处理装置基于代数式f_rq+f_rp-f_rt计算其他三阶交调分量。另外，所述工作信道选择装置基于公式

f_s≠2f_ri-f_rj(i≤k，j≤k，i≠j)

f_s≠f_rq+f_rp-f_rt(q≤k，p≤k，t≤k，q≠p≠t)

排除在特定无线通信工作频带空闲信道中受干扰严重的部分，并选择合适的工作信道，其中，k＜n，n为该特定无线通信工作频带内的信道总数。

为了说明本发明通信系统工作信道选择的限制条件，以一个工作于UHF频段的动态频谱共享通信系统为例进行说明，该频段被固定地分配给了广播电视系统，且系统中每个终端的射频子系统如图3所示。系统工作频段为694MHz～806MHz，带宽为112MHz，包含广播电视的36～49频道，一共14个频道，每个频道带宽为8MHz。该射频子系统包含一个感知接收机和三个数据收发机，可以同时实现三个连续的或分离的8MHz的数据传输通道。系统采用TDD工作模式，同时射频接收机采用高本振下变频方式进行变频。接收机采用二次变频结构，第一中频选择为250MHz，满足条件：250MHz＞224MHz(fIF＞2Bw)。

实施例1

由于很多无线通信系统最强接受信号介于-30dBm与-25dBm之间，因此定义在动态频谱共享无线通信系统中接收到的强度大于-25dBm的频谱持有者信号为强干扰信号。系统工作频段为694MHz～806MHz，在这个频段外的信号可以被镜像抑制滤波器滤除，当系统中存在两个较强的中心频率分别为746MHz和770MHz的广播电视信号时，根据选择方程可知系统工作信道不能选择包含频率为722MHz和794MHz的两个空闲信道。

设定系统中存在两个较强的广播电视信号，两个干扰信号强度皆为-20dBm，系统信号强度为-50dBm，干扰信号的频率分别为746MHz和770MHz，而系统信号为的中心频率722MHz带宽8MHz的信号。采用安捷伦89600矢量信号分析软件对射频接收机EVM进行测试，干扰信号采用的是单音信号，系统信号为QPSK调制的OFDM信号，通过测试接收机的EVM来说明干扰对通信质量的影响。图4，图5分别展示了中心频率为722MHz的信道在不存在干扰和存在干扰时的接收机EVM测试结果。从这二图中可知当这两个干扰信号存在时，中心频率为722MHz的信道上的通信质量受到了极大的影响，EVM测试结果由不存在干扰时的0.65％变成了干扰存在时的161.0％。同时，表一所示的为除干扰信号所在的信道外其余信道分别在存在和不存在这两个干扰信号时的EVM测试结果，f₀表示每个信道的中心频率。从表中可以看出，当存在干扰时，所有信道都会受到一些影响，但除中心频率为722MHz和794MHz的信道外，其余信道所受到的影响都比较小，而这两个信道受到了很大影响，EVM皆超过了160％，将严重影响通信质量。在干扰存在时，由信道选择约束条件得到的两个信道EVM皆大于160％，而其余信道的EVM皆小于1.4％，因此，在这种情况下，系统信道选择的时候需要避开中心频率为722MHz和794MHz的两个空闲信道，说明了信道选择约束条件的正确性以及在动态频谱共享通信系统中从射频接收机前端分析信道选择约束条件的必要性和有效性。

表一除干扰信号所在的信道外的其余信道的EVM

 中心频率f₀(MHz)  698  706  714  722  730  738  754  762  778  786  794  802 无干扰EVM(％)  0.60  0.60  0.59  0.65  0.57  0.58  0.59  0.59  0.68  0.69  0.76  0.61 有干扰EVM(％)  1.07  1.05  1.30  161.0  0.94  1.04  0.86  0.89  0.81  0.87  197.6  0.90

实施例2

存在三个强干扰信号

当系统存在三个较大的中心频率分别为714MHz，746MHz和802MHz的广播电视信号时，则由信道选择约束条件可得到系统不能工作的频率有：626MHz，658MHz，682MHz，690MHz，770MHz，778MHz，834MHz，858MHz和890MHz。由于系统工作频段为694MHz～806MHz，且在这个频段外的信号可以被镜像抑制滤波器滤除。因此，在这种情况下系统工作信道不能选择包含频率为778MHz和770MHz的信道。

为验证分析的正确性，采用了ADS软件对这种情况进行了单音仿真分析。假定射频接收机接收到的三个干扰信号强度皆为-20dBm，系统信号强度为-50dBm，干扰信号的频率分别为714MHz，746MHz和802MHz，系统信号的频率为772MHz。则ADS的仿真原理图和仿真结果分别如图6和图7所示。从图6和图7得知，在以250MHz为中心频率、带宽为8MHz的中频处，由系统信号得到的信号强度为-29.7dBm，由干扰信号得到的信号强度为-29.1dBm，干扰将严重影响系统通信质量，说明此信道不可用。