一种认知无线电系统中的频谱切换方法和设备

摘要

本发明公开了一种认知无线电系统中的频谱切换方法和设备，该方法包括：基站设备与小区内的用户设备约定传输频谱切换命令的认知无线电专用无线网络设备标识；所述基站设备在当前工作频点上发现授权系统的用户出现后，生成频谱切换命令；所述基站设备通过认知无线电专用无线网络设备标识寻址的信道发送所述频谱切换命令，触发小区内的用户设备利用所述频谱切换命令执行频谱切换。本发明实施例中，可以迅速准确地实现频谱切换，降低频谱切换命令的传输延迟，可有效地避免对授权系统用户的干扰，从而保证授权系统的服务性能，且可以保证CR系统用户的业务连续性的要求。

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种认知无线电系统中的频谱切换方法和设备。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，频谱资源贫乏的问题日益严重，为了缓解频谱资源紧张的现状，当前对无线通信频谱进行了监测和研究，发现某些频段（如电视频段）在大多数时间内并未使用或者在大多数地域内并未使用，且发现某些频段出现了多系统多用户同时竞争的情况，即频谱资源的使用存在不均衡现象。CR（Cognitive Radio，认知无线电）技术在这种背景下产生，其基本思想是：在不对授权系统造成干扰的前提下，通过监测当前无线通信环境的变化来动态机会式地接入授权系统的空白频谱，以进行通信。

CR系统在机会式地接入授权系统的空白频谱时，其前提是保护授权系统的业务不受到CR系统的干扰，基于此要求：（1）CR系统有准确判断出授权系统的空白频谱的能力；（2）CR系统可进行频谱切换，即CR系统发现授权系统在当前使用的空白频谱上重新出现后，需要及时退出当前使用的空白频谱。

具体的，频谱切换过程需要尽量保证对授权系统的通信不产生影响，在检测到授权用户出现时，需要快速退出当前使用的空白频谱（源工作频点），并选择新的频谱（目标工作频点）建立小区，在此过程中还需要将CR用户快速切换到新建立的小区，保证CR用户的服务连续性。目前频谱切换方式包括：

方式一、如图1所示的频谱切换实现流程图，CR系统的基站在当前工作频点（源工作频点）上发现授权用户出现后，向小区内需要执行切换的每个UE（User Equipment，用户设备）发送UE-Specific频谱切换命令，由UE接收频谱切换命令，并触发执行频谱切换过程；之后，基站停止在源工作频点的收发，并在目标工作频点恢复小区。

方式二、如图2所示的频谱切换实现流程图，CR系统的基站在当前工作频点（源工作频点）上发现授权用户出现后，通过寻呼等方式通知小区内的UE系统信息更新，由UE读取寻呼信息，获取系统信息更新通知；之后，CR系统的基站广播更新的系统信息（即包含小区公共（Cell-Common）频谱切换命令的系统广播信息），由UE接收频谱切换命令，并触发执行频谱切换过程；之后，基站停止在源工作频点的收发，并在目标工作频点恢复小区。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：

在采用方式一处理时，频谱切换过程中需要将整个小区内所有RRC（Radio Resource Control，无线资源控制）连接态的UE切换到目标工作频点上，小区内RRC连接态的UE很多（如1200个以上），因此在向小区内需要执行切换的每个UE逐一发送一条UE-Specific频谱切换命令时，需要向大量的UE发送频谱切换命令，导致较长的频谱切换命令传输延迟，并导致较长的频谱切换时间。

在采用方式二处理时，基站首先需要通过寻呼等方式通知小区内的UE系统信息更新，然后再广播包含小区公共频谱切换命令的系统广播信息，导致较长的频谱切换命令传输延迟，并导致较长的频谱切换时间。

因此，上述方式一和方式二的频谱切换方式，均会导致较长的频谱切换时间，从而无法满足CR系统对授权系统用户的干扰保护、且无法保证CR系统用户的业务连续性的要求。

发明内容

本发明实施例提供一种认知无线电系统中的频谱切换方法和设备，以快速进行频谱切换。

为了达到上述目的，本发明实施例提供一种认知无线电系统中的频谱切换方法，包括：

基站设备在当前工作频点上发现授权系统的用户出现后，生成频谱切换命令；

所述基站设备通过认知无线电专用无线网络设备标识寻址的信道发送所述频谱切换命令，触发小区内的用户设备利用所述频谱切换命令执行频谱切换。

本发明实施例提供一种认知无线电系统中的频谱切换方法，包括：

用户设备通过认知无线电专用无线网络设备标识寻址的信道接收来自基站设备的频谱切换命令；

所述用户设备利用所述频谱切换命令执行频谱切换。

本发明实施例提供一种基站设备，包括：

确定模块，用于在当前工作频点上发现授权系统的用户出现后，生成频谱切换命令；

发送模块，用于通过认知无线电专用无线网络设备标识寻址的信道发送所述频谱切换命令，触发小区内的用户设备利用所述频谱切换命令执行频谱切换。

本发明实施例提供一种用户设备，包括：

接收模块，用于通过认知无线电专用无线网络设备标识寻址的信道接收来自基站设备的频谱切换命令；

切换模块，用于利用所述频谱切换命令执行频谱切换。

与现有技术相比，本发明实施例至少具有以下优点：可以迅速准确地实现频谱切换，降低频谱切换命令的传输延迟，可有效地避免对授权系统用户的干扰，从而保证授权系统的服务性能，且可以保证CR系统用户的业务连续性的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1和图2是现有技术中频谱切换实现流程示意图；

图3是本发明实施例一提供的一种认知无线电系统中的频谱切换方法流程示意图；

图4是本发明实施例二提供的基站设备的功能单元示意图；

图5是本发明实施例二提供的一种认知无线电系统中的频谱切换方法流程示意图；

图6是本发明实施例三提供的UE的功能单元示意图；

图7是本发明实施例三提供的一种认知无线电系统中的频谱切换方法流程示意图；

图8是本发明实施例四提供的一种基站设备结构示意图；

图9是本发明实施例五提供的一种用户设备结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例一提供一种认知无线电系统中的频谱切换方法，该方法可至少适用于采用认知无线电技术的LTE（Long Term Evolution，长期演进）、TD-SCDMA（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，时分同步码分多址）、HSPA（High-Speed Packet Access，高速链路分组接入）、CDMA（Code Division Multiple Access，码分多址）-2000、WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址）、GSM（global system for mobile communications，全球移动通信系统）等移动通信系统。

如图3所示，该认知无线电系统中的频谱切换方法包括以下步骤：

步骤301，基站设备（该基站设备为基于CR系统的基站设备）与小区内的UE（该UE为基于CR系统的UE）约定传输频谱切换命令的认知无线电专用无线网络设备标识。

本发明实施例中，基站设备与小区内的UE约定认知无线电专用无线网络设备标识的方式，包括但不限于以下方式之一：

方式一、通过协议静态规定认知无线电专用无线网络设备标识；具体的，在基站设备侧和UE侧，可以通过协议静态规定将认知无线电系统预留但未定义的某个无线网络设备标识指定为小区内的UE所对应的认知无线电专用无线网络设备标识。

方式二、通过系统信息动态配置认知无线电专用无线网络设备标识；具体的，在基站设备侧，基站设备从非预留且未分配给UE的无线网络设备标识中选择一个作为小区内的UE所对应的认知无线电专用无线网络设备标识，并通过系统信息将认知无线电专用无线网络设备标识广播给小区内的UE；在UE侧，UE可以接收基站设备通过系统信息向小区内的UE广播的认知无线电专用无线网络设备标识。

方式三、通过用户专用信令动态配置认知无线电专用无线网络设备标识；具体的，在基站设备侧，基站设备从非预留且未分配给UE的无线网络设备标识中选择一个作为小区内的UE所对应的认知无线电专用无线网络设备标识，并通过用户专用信令将认知无线电专用无线网络设备标识发送给小区内的相关UE；在UE侧，UE可以接收基站设备通过用户专用信令所发送的认知无线电专用无线网络设备标识。

步骤302，基站设备在当前工作频点（即源工作频点，为当前使用的空白频谱）上发现授权系统的用户出现后，确定需要执行频谱切换过程，并生成频谱切换命令，该频谱切换命令中至少包含目标工作频点以及无线资源配置信息。

步骤303，基站设备通过认知无线电专用无线网络设备标识寻址的信道发送频谱切换命令，以触发小区内的UE利用频谱切换命令执行频谱切换。

本发明实施例中，在生成频谱切换命令的过程中，基站设备还可以确定频谱切换命令的发送次数；在发送频谱切换命令的过程中，基站设备按照该发送次数通过认知无线电专用无线网络设备标识寻址的信道发送频谱切换命令；例如，发送次数为3次时，基站设备通过认知无线电专用无线网络设备标识寻址的信道发送3次频谱切换命令。

步骤304，UE通过认知无线电专用无线网络设备标识寻址的信道接收来自基站设备的频谱切换命令。

具体的，UE需要在每个下行子帧检测信道是否被认知无线电专用无线网络设备标识寻址，如果是，则该UE接收来自基站设备的频谱切换命令（即UE在检测到认知无线电专用无线网络设备标识寻址的信道之后，按照信息读取频谱切换命令，触发执行频谱切换命令规定的频谱切换过程，后续步骤305）；否则继续执行该检测过程。

需要注意的是，该UE为小区内配置了相关认知无线电专用无线网络设备标识的UE。

步骤305，UE利用频谱切换命令执行频谱切换。其中，UE可以利用频谱切换命令中携带的目标工作频点以及无线资源配置等信息执行频谱切换。

本发明实施例中，基站设备通过认知无线电专用无线网络设备标识寻址的信道发送频谱切换命令之后，基站设备还需要停止在源工作频点的数据收发，并利用目标工作频点恢复小区，该过程可以在步骤303之后执行，在此不再赘述。

本发明实施例中，该基站设备在通过认知无线电专用无线网络设备标识寻址的信道发送频谱切换命令时，该认知无线电专用无线网络设备标识寻址的信道可以为现有的信道或者新定义的信道，且该认知无线电专用无线网络设备标识寻址的信道包括但不限于：物理层控制信道；或者，物理层控制信道调度的物理层业务信道。

为了更加清楚的阐述上述实施例，以LTE系统为例进行进一步的说明。在LTE系统中，PDCCH（Physical Downlink Control Channel，物理下行控制信道）用于承载DCI（Downlink Control Information，下行控制信息），包括对下行和上行数据传输的调度信息和上行功率控制等信息。进一步的，PDCCH采用多用户共享资源的方式，且UE通过一定的规则在整个控制区域内以一定规则搜索控制信令；PDCCH的DCI信息通过RNTI（Radio Network Temporary Identifier，小区无线网络临时标识）加扰到16比特CRC（Cyclical Redundancy Check，循环冗余码校验）方式，以隐式方式标识该DCI的目标UE。

目前在LTE系统中定义了DCI 0、DCI 1、DCI 1A、DCI 1B、DCI 1C、DCI 1D、DCI 2、DCI 2A、DCI 2B、DCI 3、DCI 3A等11种DCI格式；且RNTI包括公共RNTI与专用RNTI；如表1所示，SI-RNTI、P-RNTI、M-RNTI与RA-RNTI为小区公共RNTI，用于调度传输系统与公共信息，可寻址的DCI格式包括DCI 1A与DCI 1C，搜索空间位于公共搜索空间；另外LTE系统还预留了FFF4-FFFC的RNTI，用于以后扩展其它应用。

表1

基于上述分析发现，本发明实施例中，在LTE系统中，该认知无线电专用无线网络设备标识的实现形式包括但不限于：CR-RNTI；且基站设备与UE约定传输频谱切换命令的CR-RNTI的方式包括但不限于：

方式一、通过协议静态规定CR-RNTI；具体的，可以将LTE系统预留但未定义的某个RNTI指定为小区内的CR-RNTI；例如，可以将预留但未定义的FFF4-FFFC（如表1所示）中的某一个（如FFFC）指定为CR-RNTI。

方式二、通过系统信息动态配置CR-RNTI；具体的，LTE系统的基站设备从非预留且未分配给UE的RNTI中选择一个作为CR-RNTI，并通过系统信息将CR-RNTI广播给小区内的所有UE；UE通过接收系统广播信息获取本小区内的CR-RNTI。

方式三、通过UE专用信令动态配置CR-RNTI；具体的，基站设备从非预留且未分配给UE的RNTI中选择一个作为CR-RNTI，并通过UE专用信令（如RRC连接建立消息、RRC连接重建立消息、RRC重配置消息等）将CR-RNTI通知给小区内的相关UE。

本发明实施例中，在LTE系统中，该认知无线电专用无线网络设备标识寻址的信道包括但不限于：PDCCH，即CR-RNTI寻址的信道的一种实现方式是PDCCH；进一步的，基站设备通过认知无线电专用无线网络设备标识寻址的信道发送频谱切换命令包括：基站设备采用CR-RNTI寻址的PDCCH DCI发送或调度频谱切换命令，且CR-RNTI寻址的PDCCH DCI位于公共搜索空间。其中，发送频谱切换命令是指采用PDCCH DCI直接承载频谱切换命令；调度频谱切换命令是指采用PDCCH DCI指示承载频谱切换命令的PDSCH（Physical Downlink Shared Channel，物理下行共享信道）的时频资源及传输格式等信息。

需要注意的是，可以使用的PDCCH DCI包括但不限于：目前LTE系统内已存在的调度系统公共信息的PDCCH DCI，如DCI 1A与DCI 1C等；或者，专门为频谱切换命令调度传输而定义的新的PDCCH DCI格式。

综上所述，本发明实施例中，基站设备在与UE约定了传输频谱切换命令的认知无线电专用无线网络设备标识后，当在当前使用的空白频谱上发现授权系统的用户出现时，CR系统的基站设备可以采用认知无线电专用无线网络设备标识寻址的信道传输频谱切换命令，触发小区内的所有UE执行频谱切换；而小区内配置了相关认知无线电专用无线网络设备标识的UE在每个下行子帧检测信道是否被认知无线电专用无线网络设备标识寻址，如果是，则按照相关的信息指示接收频谱切换命令，触发执行频谱切换过程。通过采用上述流程，可迅速准确地实现频谱切换，降低频谱切换命令的传输延迟，可有效地避免对授权系统用户的干扰，从而保证授权系统的服务性能，且可保证CR系统用户的业务连续性的要求。

实施例二

本发明实施例二提供一种认知无线电系统中的频谱切换方法，以对CR系统的基站设备的处理进行详细说明，该基站设备的功能单元如图4所示，包括：频谱切换执行单元、频谱切换决策单元、认知无线电专用无线网络设备标识管理单元、发送单元；基于上述各功能单元，如图5所示，该认知无线电系统中的频谱切换方法包括以下步骤：

步骤501，认知无线电专用无线网络设备标识管理单元判断基站设备是否与小区内的UE约定了认知无线电专用无线网络设备标识；如果是，执行步骤504；如果否，执行步骤502。

步骤502，认知无线电专用无线网络设备标识管理单元从小区非预留且未分配的无线网络设备标识中选择任意一个无线网络设备标识指定为认知无线电专用无线网络设备标识。

步骤503，发送单元将选择的认知无线电专用无线网络设备标识通过系统广播消息或者UE专用信令发送给小区内的相关UE。

步骤504，频谱切换决策单元判断当前工作频点上授权系统的用户是否出现（即判断是否需要执行频谱切换过程），如果是，则执行步骤505；否则，继续执行本步骤。

步骤505，频谱切换决策单元生成频谱切换命令以及规定频谱切换命令发送次数，该频谱切换命令中至少包含目标工作频点及无线资源配置信息。

步骤506，发送单元利用认知无线电专用无线网络设备标识寻址的信道发送频谱切换命令，并将频谱切换命令发送次数+1。

步骤507，发送单元判断频谱切换命令发送次数是否达到规定的频谱切换命令发送次数，如果是，则发送单元将频谱切换命令发送次数置0，并执行步骤508，否则，继续执行步骤506。

步骤508，频谱切换执行单元控制基站设备停止源工作频点上的数据收发，并在目标工作频点恢复小区。

本发明的上述实施例中，基站设备可以为采用CR技术的LTE基站、3G及2G系统中的RNC等小区管理设备。

实施例三

本发明实施例三提供一种认知无线电系统中的频谱切换方法，以对CR系统的UE的处理进行详细说明，该UE的功能单元如图6所示，包括：频谱切换执行单元、接收单元、认知无线电专用无线网络设备标识存储单元；基于上述各功能单元，如图7所示，该认知无线电系统中的频谱切换方法包括以下步骤：

步骤701，接收单元通过接收系统信息或者UE专用信令或者协议静态规定等方式，获取小区的认知无线电专用无线网络设备标识。

步骤702，认知无线电专用无线网络设备标识存储单元存储获取的认知无线电专用无线网络设备标识。需要注意的是，如果之前已经存储了认知无线电专用无线网络设备标识，则通过步骤701中获取的认知无线电专用无线网络设备标识更新之前存储的认知无线电专用无线网络设备标识。

步骤703，接收单元接收下行子帧，并判断信道是否被认知无线电专用无线网络设备标识寻址，如果是，则执行步骤704，否则继续执行本步骤。

步骤704，接收单元按照认知无线电专用无线网络设备标识寻址的信道信息接收频谱切换命令。

步骤705，频谱切换执行单元触发执行频谱切换命令规定的频谱切换过程，即利用目标工作频点及无线资源配置信息进行频谱切换。

本发明的上述实施例中，UE可以为采用CR技术的LTE、TD-SCDMA、HSPA、CDMA-2000、WCDMA、GSM等移动通信系统中的UE。

实施例四

基于与上述方法同样的发明构思，本发明实施例中还提供了一种基站设备，如图8所示，该设备包括：

确定模块11，用于在当前工作频点上发现授权系统的用户出现后，生成频谱切换命令；

发送模块12，用于通过认知无线电专用无线网络设备标识寻址的信道发送所述频谱切换命令，触发小区内的用户设备利用所述频谱切换命令执行频谱切换。

所述确定模块11，还用于确定频谱切换命令的发送次数；所述发送模块12，具体用于按照该发送次数通过认知无线电专用无线网络设备标识寻址的信道发送所述频谱切换命令。

本发明实施例中，该基站设备还包括：管理模块13，用于与小区内的用户设备约定传输频谱切换命令的认知无线电专用无线网络设备标识。

所述管理模块13，具体用于通过以下方式之一与小区内的用户设备约定传输频谱切换命令的认知无线电专用无线网络设备标识：

通过协议静态规定认知无线电系统预留但未定义的某个无线网络设备标识为小区内的用户设备所对应的认知无线电专用无线网络设备标识；

从非预留且未分配给用户设备的无线网络设备标识中选择小区内的用户设备所对应的认知无线电专用无线网络设备标识，并通过系统信息将认知无线电专用无线网络设备标识广播给小区内的用户设备；

从非预留且未分配给用户设备的无线网络设备标识中选择小区内的用户设备所对应的认知无线电专用无线网络设备标识，并通过用户专用信令将认知无线电专用无线网络设备标识发送给小区内的用户设备。

本发明实施例中，在长期演进LTE系统中，所述认知无线电专用无线网络设备标识包括：认知无线电CR-小区无线网络临时标识RNTI。

本发明实施例中，所述认知无线电专用无线网络设备标识寻址的信道包括：物理层控制信道；或者，物理层控制信道调度的物理层业务信道。

本发明实施例中，在LTE系统中，所述认知无线电专用无线网络设备标识寻址的信道包括：物理下行控制信道PDCCH；所述发送模块12，具体用于采用CR-RNTI寻址的PDCCH下行控制信息DCI发送或调度所述频谱切换命令，且CR-RNTI寻址的PDCCH DCI位于公共搜索空间。

其中，本发明装置的各个模块可以集成于一体，也可以分离部署。上述模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

实施例五

基于与上述方法同样的发明构思，本发明实施例中还提供了一种用户设备，如图9所示，该设备包括：

接收模块21，用于通过认知无线电专用无线网络设备标识寻址的信道接收来自基站设备的频谱切换命令；

切换模块22，用于利用所述频谱切换命令执行频谱切换。

所述接收模块21，具体用于在每个下行子帧检测信道是否被认知无线电专用无线网络设备标识寻址，如果是，则接收来自基站设备的频谱切换命令。

本发明实施例中，该用户设备还包括：管理模块23，用于与所述基站设备约定传输频谱切换命令的认知无线电专用无线网络设备标识。

所述管理模块23，具体用于通过以下方式之一与所述基站设备约定传输频谱切换命令的认知无线电专用无线网络设备标识：

通过协议静态规定认知无线电系统预留但未定义的某个无线网络设备标识为小区内的用户设备所对应的认知无线电专用无线网络设备标识；

在所述基站设备从非预留且未分配给用户设备的无线网络设备标识中选择小区内的用户设备所对应的认知无线电专用无线网络设备标识后，接收所述基站设备通过系统信息向小区内的用户设备广播的认知无线电专用无线网络设备标识；

在所述基站设备从非预留且未分配给用户设备的无线网络设备标识中选择小区内的用户设备所对应的认知无线电专用无线网络设备标识后，接收所述基站设备通过用户专用信令所发送的认知无线电专用无线网络设备标识。

本发明实施例中，在长期演进LTE系统中，所述认知无线电专用无线网络设备标识包括：认知无线电CR-小区无线网络临时标识RNTI。

本发明实施例中，所述认知无线电专用无线网络设备标识寻址的信道包括：物理层控制信道；或者，物理层控制信道调度的物理层业务信道。

本发明实施例中，在LTE系统中，所述认知无线电专用无线网络设备标识寻址的信道包括：物理下行控制信道PDCCH；所述接收模块21，具体用于接收所述基站设备采用CR-RNTI寻址的PDCCH 下行控制信息DCI发送或调度的所述频谱切换命令，且CR-RNTI寻址的PDCCH DCI位于公共搜索空间。

其中，本发明装置的各个模块可以集成于一体，也可以分离部署。上述模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。