CN101047995B - 一种信道切换方法及干扰检测门限的自适应方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信道切换方法：客户端设备检测使用的频段是否有干扰，如果有干扰，则向基站发送基带链路管理测量报告消息，该消息中包括干扰指示信息；基站根据该干扰指示信息进行数据分析，判断该干扰是否来源于许可系统，如果是，基站向客户端设备发送信道切换请求消息CHS-REQ，该消息中包括信道切换原因信息CAUSE；客户端设备从当前使用信道切换到空闲信道。本发明还提供了一种干扰检测门限的自适应方法。本发明客户端设备只需要根据系统的判决和设备本地判决调整门限来完成，不需要复杂的系统参数设定，可以解决不同客户端设备上报的本地判决由于置信度不一样，减小对系统的感应数据分析结果影响。

Description

一种信道切换方法及干扰检测门限的自适应方法

技术领域

本发明涉及通信网络技术，尤其涉及一种信道切换方法及干扰检测门限的自适应方法。 

背景技术

在现有的通信网络中，存在一种免许可系统，该系统的工作频段不需要授权，比如无线区域网络(WRAN，Wireless Regional Area Network)、无线本地区域网络(WLAN，Wireless Local Area Network)等系统。免许可系统在工作频段内与许可系统共存，比如WRAN系统需要与无线数字电视(DTV，Data TV)系统进行共存，但是免许可系统不能对许可系统进行干扰，当发现许可系统适用某个频段时，免许可系统必须无条件的退出该频段，并跳转到其它的频段上继续工作。上述工作模式，也就是通常说的频谱池(SP)系统，其中，许可用户(LU，License User)具有使用频谱的优先权利，免许可用户，又称为租借用户(RU，Rent User)或第二用户(SU，Second User)在不影响LU的前提下可以使用这些频段。另外，LU不检测RU用户信号，RU承担不对LU造成干扰的所有任务。 

其中，WRAN系统主要包括基站和客户端设备，使用认知无线电技术寻找LU的空闲频段进行通信。比如在DTV的甚高频(VHF，Very High Frequency)/超高频(UHF，Ultra-High Frequency)等许可频带中，寻找没有被占用的频段作为WRAN网络的承载频段。在这个例子中，WRAN是SP系统的RU系统或者SU系统，DTV或者74设备是LU用户。 

WRAN系统的超帧结构如图1所示，首先是基站发送一个前导帧Preamble，客户端设备可以用来进行同步和信道估计；然后跟着一个超帧控制头(SCH)，用来给客户端设备提供当前小区的信号；后面是若干帧。 

当前的WRAN系统的物理技术使用基于时分双工(TDD，Time DivisionDuplex)的正交频分复用多址接入(OFDMA，Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access)技术进行通信。如图2所示，每个帧结构分为两个子帧，一个下行子帧，经过一个保护时间，可以插入从发送到接收的保护间隔(TRG)或者滑动自共存时隙(SSS，Sliding self-coexistence slots)，后面跟着一个上行的子帧。其中下行子帧包含一个Preamble，客户端设备可以用来进行同步和信号估计；然后是帧控制头FCH，用来承载当前帧的信息，比如当前帧中是否包含上行业务映射消息(US-MAP，Upstream map)、下行业务映射消息(DS-MAP，Downstream map)、上行信道描述消息(UCD，Upstream channeldescriptor)和下行信道描述(DCD，Downstream channel descriptor)消息；其中US-MAP和DS-MAP分别用来给各客户端设备分配下行和上行信道分配。 

在每帧里面，从下行子帧到上行子帧之间插入一个发射/接收控制间隔(TTG)保护时隙，该时隙的主要作用是为基站的射频可以有充足的时间由发送转变为接收。同样，对于当前帧的上行子帧和下一帧的下行子帧之间也有一个接收/发射控制间隔(RTG)保护时隙，该保护时隙主要是为了确保基站能够接收所有客户端设备的信号。 

对干扰的检测需要满足两个需求：第一是能够及时的检测干扰；第二是不能对RU系统的业务造成一定的中断，要保证业务服务质量(QoS，Quality ofService)。为了满足这两个需求，在WRAN系统中规定了RU系统对LU系统的干扰检测的两个步骤。 

如图3所示，在一个信道检测时间(Channel Detection Time)内约定了三个快速感应静默周期(Fast Sensing QP)，以及一个精确感应静默周期(FineSensing QP)。静默周期内，WRAN系统停止发送和接收，可以对周围的干扰进行检测。 

其中，Fast Sensing QP是必须分配的，其特点是分配的时间短，采用能量检测方法来快速确定所在频段上是否存在干扰。由于WRAN系统可以同时工作在三个频段(TV channel)上，所以分配三个QP进行感应检测，每个QP只检测一个TV Channel信道，其检测时间只有几十微秒到几百微秒。 

而Fine Sensing QP是可选的。在快速感应检测时，如果在某个频段内检测到干扰高于某个门限，那么WRAN系统将调度Fine Sensing QP，其作用是为了 对干扰的信号进行进一步检测，确定是那种干扰系统的检测信号，比如是否是DTV信号。如果干扰系统是LU系统，那么WRAN系统将退出被干扰的频段，选择其它频段进行通信。 

在两个检测阶段，为了使感应检测数据比较准确，都需要进行数据分析(Data fusion)，也就是WRAN系统的客户端设备检测结果需要反馈到基站，基站根据各客户端设备的检测结果和基站本地的检测结果进行综合判定。例如：在Fast Sensing QP阶段，客户端设备和基站的快速检测结果为：有干扰或没有干扰，基站对检测结果进行多数原则，也就是如果多数客户端设备(也包括基站本地的检测结果)检测结果为有干扰，那么基站判决系统存在干扰，并决定安排下一步的Fine Sensing QP。 

实际系统中，快速感应检测都是基于能量检测的，其能量检测门限对于感应检测非常重要。因为实际系统中，存在如下情况： 

1)不同客户端设备相对LU系统的位置不一样，造成近的客户端设备接收LU系统的信号的信道条件好，容易检测到LU系统的干扰；远的客户端设备接收LU系统的信号的信道条件差，不容易检测到LU系统的干扰。 

2)不同客户端设备所处的地理环境不一样，比如有一些用户在室内，有一些在室外，室外客户端设备更容易检测到LU系统的信号。 

3)不同的客户端设备物理性能不一样，比如有的客户端设备的感应天线性能好，有的差；另外，如果使用定向天线，对准LU系统的客户端设备更容易检测到LU系统信号。 

4)不同的客户端设备的环境不一样，比如有的客户端设备的背景噪音比较高，或者其它RU系统的信号干扰比较大，客户端设备进行干扰能量计算的时候，这些背景噪音信号的能量也引入进来。 

因此，综上所述：不同的客户端设备检测LU信号的可信度是不一样的。如果在基站对所有的客户端设备都同等对待，那么可信度低的客户端设备检测的上报结果对Data fusion的结果是有影响的。对于一个感应检测较差的客户端设备(无论是由于周围环境还是其设备本身)，如果使用和感应检测好的客户端设备相同的门限进行能量检测，那么其检测结果是漏检率较高，这样 的判决结果会使基站的漏检率加大。相反，对于一个感应检测较好的客户端设备(无论是由于周围环境还是其设备本身)，如果使用和感应检测差的客户端设备相同的门限进行能量检测，其门限早满足了检测概率，那么其检测结果是误判其他信号为LU信号的概率较高，这样的判决结果会使基站的虚警概率加大。 

现有技术中提供了一种判决分析方法，可以应用到WRAN系统，该方法基于特征值检测、基于能量检测等感应技术方面。基站对不同的客户端设备检测结果进行Data fusion过程中，不同的用户的上报数据进行加权处理，例如考虑先验概率，代价函数进行加权，使用贝叶斯估计方法，得到最后的判决结果。 

如下简要列出该文献的数据分析部分：假定考虑一个二元现象，也就是仅出现两个外推值H0和H1，以及相应的先验概率P0和P1。两个感应器的观测为y1和y2，考虑两个距离为x1和x2，和本地识别器Ci，其中i＝(1；2)，表示感应器i的模式识别： 

$C_i=\left\{\begin{array}{cc}0& \mathrm{if}{H}_0\mathrm{is\; declared\; present}\\ 1& \mathrm{if}{H}_1\mathrm{is\; declared\; present}\end{array}---\left(1\right)\right.$

本地识别Ci基于在给定位置xi的本地观测值yi。如果在两个感应器之间没有链路，分给每个模式识别的代价给定为Cijk，i；j；k＝{0；1}，表示在实际为Hk模式情形下，感应器1识别为Hi，感应器2识别为Hj。识别准则的目标是为了使对所考虑的两个检测器位置x1和x2平均的识别代价最小。为此目的，有如下的贝叶斯风险函数： 

$=\underset{i,j,k}{\mathrm{\Σ}}{\∫}_{y_1,y_2}{P}_k{C}_{i,j,k}p(C_1,C_2,y_1,y_2|H_k,\left|X\right)$

$=\underset{i,j,k}{\mathrm{\Σ}}{\∫}_{y_1,y_2}{P}_k{C}_{i,j,k}p(C_1,C_2|y_1,y_2,H_k,X)\·p(y_1,y_1|H_k,X)---\left(2\right)$

这里还可以考虑对距离X＝{xi；i＝1；2}的依赖。由于本地类型识别C1和C2是相互独立的，分别依赖在位置x1和x2的本地观测值y1和y2，那么可以把风险函数表示如下： 

对C1求和，并注意到： 

p(C₁＝1|y₁，x ₁)＝1-p(C₁＝0|y₁，x ₁)    (4) 

得到： 

推得感应器1的模式分类准则： 

$\underset{j,k}{\mathrm{\&Sigma;}}{\&Integral;}_{y_2}{P}_{k}p\left(C_2\right|y_2,{\underset{\&OverBar;}{x}}_2)p(y_1,y_2|H_k,X)[C_{0\mathrm{jk}}-C_{1\mathrm{jk}}]\underset{C_1=0}{\overset{C_1=1}{\left\{\begin{array}{cc}>& \\ & 0\\ <& \end{array}\right.}}$

对所有k求和，得到： 

${\mathrm{\&Sigma;}}_j{\&Integral;}_{y2}{P}_{0}p\left(C_2\right|y_2,{\underset{\&OverBar;}{x}}_2)p(y_1,y_2|H_0,X)[C_{0j0}-C_{1j0}]\underset{C_1=0}{\overset{C_1=1}{\left\{\begin{array}{c}>\\ <\end{array}0\right.}}---\left(7\right)$

∑_j∫_y2P₁p(C₂|y₂，x ₂)p(y₁，y₂|H₁，X)[C_0j1-C_1j1] 

不考虑感应器2，假定在H₀情形下，感应器1出现误判概率大于正确的概率，也就是：C_0j0＜C_1j0并考虑p(y₁，y₂|H_k，X)＝p(y₂|y₁，H_k，X)，k＝0，1  (8) 

(7)可以表示似然率测试： 

$\underset{C_1=0}{\overset{C_1=1}{\begin{array}{}\end{array}\begin{array}{c}\mathrm{\&Lambda;}\left(y_1\right)\left\{\begin{array}{c}>\\ \\ <\end{array}\right.\end{array}}}\frac{P_0{\mathrm{\&Sigma;}}_j{\&Integral;}_{y_2}p\left(C_2\right|y_2,{\underset{\&OverBar;}{x}}_2)p\left(y_2\right|y_1,H_0,X)[C_{1j0}-C_{0j0}]}{P_1{\mathrm{\&Sigma;}}_j{\&Integral;}_{y_2}p\left(C_2\right|y_2,{\underset{\&OverBar;}{x}}_2)p\left(y_2\right|y_1,H_1,X)[C_{0j1}-C_{1j1}]}---\left(9\right)$

这里Λ(y₁)是感应器1的贝叶斯似然率函数： $\mathrm{\&Lambda;}\left(y_1\right)=\frac{p\left(y_1\right|H_1,{\underset{\&OverBar;}{x}}_1)}{p\left(y_1\right|H_0,{\underset{\&OverBar;}{x}}_1)}$

(9)右边表明不光为感应器1的观测值函数，也是C2的函数，也就是也考虑了感应器2的准则。这种依赖性以p(C₂|y₂，x ₂)表示。 

在y1和y2不相关假设下，也就是当：p(y₂|y₁，H_k，x ₁，x ₂)＝p(y₂|H_k，x ₂)(9)右边写为： $t_1=\frac{P_0{\mathrm{\&Sigma;}}_j{\&Integral;}_{y_2}p\left(C_2\right|y_2,{\underset{\&OverBar;}{x}}_2)p\left(y_2\right|H_0,{\underset{\&OverBar;}{x}}_2)[C_{1j0}-C_{0j0}]}{P_1{\mathrm{\&Sigma;}}_j{\&Integral;}_{y_2}p\left(C_2\right|y_2,{\underset{\&OverBar;}{x}}_2)p\left(y_2\right|H_1,{\underset{\&OverBar;}{x}}_2)[C_{0j1}-C_{1j1}]}---\left(10\right)$

注意到：p(C₂＝1|y₂，x ₂)＝1-p(C₂＝0|y₂，x ₂) 

可以把(10)展开表明了t1是p(C₂＝0|y₂，x ₂)函数，表示感应器2的识别准则。相似的推论可以应用的感应器2的门限上。 

整个系统建立的一般定义和最优设计包括两对门限，即使两个检测器之间没有通信链路，但是现有技术中，离线交换一些p(C_i＝0|H_j，x _i)信息，i＝1；2以及i＝0；1，如图4分布探测系统。 

现在，我们考虑一些特殊的讨论，代价不考虑感应器的误差： 

C₀₀₀＝C₁₁₁＝0 

C₀₁₀＝C₁₀₀＝C₀₁₁＝C₁₀₁＝1 

C₀₀₁＝C₁₁₀＝k 

为感应器的门限结果为： 

$t_1=\frac{(k-1)+(2-k)p(C_2=0|H_0,{\underset{\&OverBar;}{x}}_2)}{1+(k-2)p(C_2=0|H_1{\underset{\&OverBar;}{x}}_2)}$

类似的表达式可用来计算感应器2的门限。这些门限和在每个感应器独立考虑情形下计算的是不同的。给定每个感应器的位置，应用二元树，可以把M-ary识别转换为二元识别。 

对每个似然率，可以考虑两种不同的情形，第一种：p(y_i|H_j，x _i)和p(y_i|H_k，x _i)为广义高斯的，第二种为其中一个为广义高斯的，另一种为非对称广义高斯的。对于第一种情形，判决准则可以重写为： 

$\begin{array}{c}{u}_i=1\\ \underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}[-{\left|{\mathrm{\&gamma;}}_j(y_n-m_j)\right|}^{c_j}+{\left|{\mathrm{\&gamma;}}_k(y_n-m_k)\right|}^{c_k}]\left\{\begin{array}{c}>\\ <\end{array}\ln \left(\frac{c_k{\mathrm{\&gamma;}}_k}{2\mathrm{\&Gamma;}(1/c_k)}\right)-\ln \left(\frac{c_j{\mathrm{\&gamma;}}_j}{2\mathrm{\&Gamma;}(1/c_j)}\right)+{\ln t}_i---\left(11\right)\right.\\ u_i=0\end{array}$

对于第二种情形可以获得相似的表达式，但是右边和左边的非对称高斯需要分别处理，因为每边具有不同的方差。 

对于离线阶段，一旦计算完成门限t1和t2，就可以定义每个模式识别的错误概率(感应器标记为i＝{1，2}，而模式标记为k＝{0，1，2，3})。 

如果t_i＞m_k； 

$P\left(\mathrm{err}\right|H_k)={\&Integral;}_i^{+\&infin;}\frac{c_k{\mathrm{\&gamma;}}_k}{\mathrm{\&Gamma;}(1/c_k)}{e}^{-{\left|{\mathrm{\&gamma;}}_{r.k}(x-m_k)\right|}^{c_k}}\mathrm{dx}---\left(12\right)$

如果t_i＜m_k： 

$P\left(\mathrm{err}\right|H_k)={\&Integral;}_{-\&infin;}^{t_i}\frac{c_k{\mathrm{\&gamma;}}_k}{\mathrm{\&Gamma;}(1/c_k)}{e}^{-{\left|{\mathrm{\&gamma;}}_{r,k}(x-m_k)\right|}^{c_k}}\mathrm{dx}---\left(13\right)$

使用上述方法中，如果先验概率，代价函数设置正确，可以解决现有技术的技术问题。但是，先验概率如何设置，代价函数如何设置在工程上是一个非常困难的技术问题，所以，该方法在工程应用中有相当的难度。 

另一种方法就是多数选举原则，比如当70％的客户端设备认为存在LU系统信号干扰的时候，基站判决存在干扰，对客户端设备没有区别对待。 

还有一种方法把判决结果结合基站相对客户端设备信道条件进行加权，具体过程如下： 

无线感应网络通过多个感应装置对信道进行感应估计，然后各个感应装置将本地处理信息发送给中心处理单元，中心处理单元接收信息并做出最终估计。早期在无线感应网络方面，大部分研究都集中在分布式数据压缩和传送方案、联合信号处理方案等。然而在感应装置发送本地处理信息给中心处理单元所经历的信道衰落确常常被忽略。由于在实际当中，感应装置发送的信息受信道衰落的影响，将会使得中心处理单元做出错误的判断影响最后的估计。所以为了解决这个问题，本文提出一种信道认知的融合算法，将信道衰落考虑进去。 

具体算法如图5所示，图中Pfk和Pdk分别表示误检概率和检测概率。μ∈{-1，1}为二元判定。每个传感器经过衰落信道传输本地决定μ_k，那么每个传感器的输出为：y_k＝h_kμ_k+n_k

这里n_k为零均值，方差为σ²的高斯噪声。本技术算法的目标就是要基于 y_k设计融合准则，对每个传感器的数据进行判定。 

最优准则采用似然比融合准则。 

假设完全已知衰落信道信息和本地传感器判决结果，那么可以得到似然比融合准则： 

$\mathrm{\&Lambda;}\left(y\right)=\frac{f\left(y\right|H_1)}{f\left(y\right|H_0)}=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\&Pi;}}}\frac{P_{\mathrm{dk}}{e}^{-\frac{{(y_k-h_k)}^2}{{2\mathrm{\&sigma;}}^2}}+(1-P_{\mathrm{dk}})e^{-\frac{{(y_k+h_k)}^2}{{2\mathrm{\&sigma;}}^2}}}{P_{\mathrm{fk}}{e}^{-\frac{{(y_k-h_k)}^2}{{2\mathrm{\&sigma;}}^2}}+(1-P_{\mathrm{fk}})e^{-\frac{{(y_k+h_k)}^2}{{2\mathrm{\&sigma;}}^2}}}$

由于似然比准则需要完全的信道信息和本地传感器的判决结果，所以本文采用了三个简化的次优融合准则。 

(1)基于Chair-Varshney准则的二段融合方案 

该方案将似然比准则分成两段分步完成。首先利用y_k推断出μ_k，然后利用μ_k采用优化的融合准则进行判定。首先μ_k的最大似然估计为： 

${\widehat{\mathrm{\&mu;}}}_k=\mathrm{sign}\left(y_k\right)$

然后可以采用融合准则来进行判定。 

在大SNR(信噪比)下，似然比准则可以近似表示为： 

$\underset{{\mathrm{\&sigma;}}^2\&RightArrow;0}{\lim }\log \mathrm{\&Lambda;}=\underset{k\&Element;s_0}{\mathrm{\&Sigma;}}\log \left[\frac{1-P_{\mathrm{dk}}}{1-P_{\mathrm{fk}}}\right]+\underset{{k\&Element;s}_1}{\mathrm{\&Sigma;}}\log \left[\frac{P_{\mathrm{dk}}}{P_{\mathrm{fk}}}\right]={\mathrm{\&Lambda;}}_1$

从上式可以看出，该方案不需要信道信息，只需要Pfk和Pdk。 

(2)最大比例合并融合统计 

在低SNR下，似然比准则可以近似为： 

${\mathrm{\&Lambda;}}_2=\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_k{y}_k$

这个可以看成是一个最大比例合并器。从上式可以看出，该方案不需要Pfk和Pdk，只需要知道信道信息就可以了。 

(3)等增益合并 

${\mathrm{\&Lambda;}}_3=\frac{1}{K}\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_k$

该方案是最大比例合并融合的简化。 

然而，使用基站和客户端设备之间的信道条件来替换客户端设备相对LU系统的环境，本身不是很科学，即便使用客户端设备和LU之间的信道条件来进行加权，基站和客户端设备之间的信道和LU和客户端设备的信道也是不同的；另外，简单使用信道状态来进行加权，所解决的数据分析判决因素有限。 

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种信道切换方法及干扰检测门限的自适应方法，以解决现有技术不同客户端设备上报的本地判决置信度不同，进而对系统的感应数据分析结果影响的缺陷。 

为了实现以上目的，本发明提供了一种信道切换方法，包括以下步骤： 

A、客户端设备检测使用的频段是否有干扰，客户端判断是否有干扰所使用的干扰检测阈值是根据客户端本身的干扰检测结果以及基站对干扰检测结果的数据分析结果进行自适应调整产生的，基站对于干扰检测结果的数据分析结果包括存在许可系统干扰和不存在许可系统干扰，如果有干扰，则向基站发送基带链路管理测量报告消息，该消息中包括干扰指示信息； 

B、基站根据该干扰指示信息进行数据分析，判断该干扰是否来源于许可系统，如果是，则转步骤C； 

C、基站向客户端设备发送信道切换请求消息CHS-REQ，该消息中包括信道切换原因信息CAUSE； 

D、客户端设备从当前使用信道切换到空闲信道。 

步骤A中客户端设备通过快速感应检测方式检测干扰。 

步骤B和步骤C之间还包括： 

E、基站调度精确感应检测静默周期，客户端设备进行精确检测，判断许可系统的类型。 

步骤A中干扰检测步骤进一步包括： 

客户端设备检测该频段能量值； 

将该能量值与预先设定的阈值进行比较，如果该能量值大于该阈值，则有干扰。 

所述阈值根据基站和客户端设备的判决进行自适应调整。 

所述自适应调整进一步包括： 

(61)、客户端设备进行干扰检测； 

(62)、基站进行数据分析； 

(63)、客户端设备根据所述基站数据分析结果及本身干扰检测结果调整阈值。 

步骤(63)进一步包括： 

如果基站数据分析结果不存在许可系统干扰，而客户端设备干扰检测结果存在干扰，则增加阈值； 

如果基站数据分析结果存在许可系统干扰，而客户端设备干扰检测结果不存在干扰，则降低阈值； 

如果基站数据分析结果存在许可系统干扰，且客户端设备干扰检测结果存在干扰，则不调整阈值； 

如果基站数据分析结果不存在许可系统干扰，且客户端设备干扰检测结果不存在干扰，则不调整阈值。 

设置一最低检测门限和最高检测门限，当客户端设备增加的阈值超出最高检测门限时，停止增加该阈值；当客户端设备降低阈值到达最低检测门限时，则停止降低该阈值。 

所述最高检测门限和最低检测门限采用客户端设备检测概率确定或客户端设备虚警概率确定。 

所述最高检测门限和最低检测门限由基站设定后通知客户端设备；或由客户端设备设定。 

步骤(61)中，客户端设备干扰检测进一步包括：客户端设备进行快速感应检测和/或客户端设备进行精确感应检测。 

在快速感应检测中，客户端设备通过基站是否调度精确感应检测静默周期判断是否存在许可系统，如果基站没调度精确感应检测静默周期则表明不存在许可系统。 

在精确感应检测中，客户端设备通过基站是否发送信道切换请求消息CHS-REQ判断是否存在许可系统，如果基站没发送信道切换请求消息CHS-REQ则表明不存在许可系统。 

步骤A中，客户端设备主动向基站上报基带链路管理测量报告消息BLM-REP，或由基站要求上报基带链路管理测量报告消息BLM-REP。 

所述基站要求上报基带链路管理测量报告消息BLM-REP的过程进一步包括： 

基站向客户端设备发送基带链路管理请求消息BLM-REQ； 

客户端设备向基站发送基带链路管理响应消息BLM-RSP； 

客户端设备向基站发送基带链路管理测量报告消息BLM-REP。 

客户端设备在每个快速感应静默周期后或多个快速感应静默周期后，向基站发送基带链路管理测量报告消息BLM-REP。 

CAUSE信息指示：检测到数字电视信号系统、74信号系统或动态跳频系统。 

所述信道切换方法具体应用于正交频分复用系统，如免许可系统。 

本发明还提供了一种干扰检测门限的自适应方法，包括以下步骤： 

a、客户端设备进行干扰检测； 

b、基站进行数据分析，数据分析的结果包括存在许可系统干扰和不存在许可系统干扰； 

c、客户端设备根据所述基站数据分析结果及本身干扰检测结果调整阈值。 

步骤c进一步包括： 

如果基站数据分析结果不存在许可系统干扰，而客户端设备干扰检测结果存在干扰，则增加阈值； 

如果基站数据分析结果存在许可系统干扰，而客户端设备干扰检测结果不存在干扰，则降低阈值； 

如果基站数据分析结果存在许可系统干扰，且客户端设备干扰检测结果存在干扰，则不调整阈值； 

如果基站数据分析结果不存在许可系统干扰，且客户端设备干扰检测结果不存在干扰，则不调整阈值。 

设置一最低检测门限和最高检测门限，当客户端设备增加的阈值超出最高检测门限时，停止增加该阈值；当客户端设备降低阈值到达最低检测门限时，则停止降低该阈值。 

所述最高检测门限和最低检测门限采用客户端设备检测概率确定或客户端设备虚警概率确定。 

所述最高检测门限和最低检测门限由基站设定后通知客户端设备；或由客户端设备设定。 

步骤a中，客户端设备干扰检测进一步包括： 

a1、客户端设备进行快速感应检测； 

a2、客户端设备进行精确感应检测。 

在快速感应检测中，客户端设备通过基站是否调度精确感应检测静默周期判断是否存在许可系统，如果基站没调度精确感应检测静默周期则表明不存在许可系统。 

在精确感应检测中，客户端设备通过基站是否发送信道切换请求消息CHS-REQ判断是否存在许可系统，如果基站没发送信道切换请求消息CHS-REQ则表明不存在许可系统。 

与现有技术相比，本发明具有以下优点： 

本发明客户端设备只需要根据系统的判决和设备本地判决调整门限来完成，不需要复杂的系统参数设定，可以解决不同客户端设备上报的本地判决由于置信度不一样，减小对系统的感应数据分析结果影响。 

附图说明

图1是WRAN系统超帧结构图； 

图2是基于TDD的WRAN帧结构； 

图3是WRAN帧的干扰检测示意图； 

图4是现有技术中分布式探测系统结构图； 

图5是现有技术中数据融合示意图； 

图6是本发明一种信道切换方法的流程图； 

图7是本发明客户端设备测量信息上报流程图； 

图8是本发明信道切换流程图； 

图9是本发明检测门限自适应调整流程图。 

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。 

本发明一种信道切换方法如图6所示，包括以下步骤： 

步骤s601，客户端设备检测使用的频段是否有干扰，如果有干扰，则向 基站发送基带链路管理测量报告消息，该消息中包括干扰指示信息。 

步骤s602，基站根据该干扰指示信息进行数据分析，判断该干扰是否来源于许可系统，如果是，则转步骤s603。 

步骤s603，基站向客户端设备发送信道切换请求消息CHS-REQ，该消息中包括信道切换原因信息CAUSE。 

步骤s604，客户端设备从当前使用信道切换到空闲信道。 

其中，步骤s601中干扰检测通过快速感应检测方式实现，进一步包括：首先客户端设备检测该频段能量值，然后将该能量值与预先设定的阈值进行比较，如果该能量值大于该阈值，则有干扰。例如：对该频段内的接收信号的进行能量求和，假定接收机接收的信号为：r(k)＝x_I(k)+jx_Q(k)。那么在K个采样点上平均，即得到该频段接收信号的功率： 

$\left(k\right)=\frac{1}{K}\underset{i=0}{\overset{K-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left|r(k+i)\right|}^2$

然后，使用一个一阶低通滤波器对p(k)进行过滤： 

μ(k)＝δμ(k-1)+(1-δ)p(k) 

μ(k)就是得到频段内的功率值，δ为一个系统常量，可以为基站设置，也可以是客户端设备制造商设定。当μ(k)大于阈值时，客户端设备判定存在干扰信号；否则，客户端设备判定没有干扰信号。该阈值可以根据基站和客户端设备的判决进行自适应调整。 

得到检测结果后，客户端设备将通过检测报告把检测结果上报给基站。上报的方式有两种，第一种是主动上报，第二种是基站要求上报。上报的时机可以为每个Fast Sensing QP之后，也可以为三个或多个Fast Sensing QP之后。其中基站要求上报测量报告流程如图7所示，包括以下步骤： 

步骤s701，基站发送基带链路管理测量报告(BLM-REQ，Baseband LinkManage Report)消息，请求客户端设备上报感应测量报告，并指明要感应检测的频段、上报的频度。 

步骤s702，客户端设备上报基带链路管理响应(BLM-RSP，Baseband LinkManage Response)消息，指示可以进行信道感应；基站调度Fast Sensing QP，并为要上报测量报告的客户端设备分配上行的带宽。 

步骤s703，客户端设备在Fast Sensing QP内进行感应检测，在Fast Sensing QP之后，客户端设备在基站分配的上行带宽中发送测量报告基带链路管理测量报告(BLM-REP)消息，该测量报告主要是一个二元指示，指示当前是否检测到干扰。 

步骤s704，为了确保客户端设备的测量报告正确上报，基站对接收到的测量报告要发送基带链路管理测量报告响应(BLM-ACK)消息进行响应。 

对于客户端设备自发上报测量报告，相对图7的流程少一个基站的主动请求。当客户端设备认为有必要的时候，可以发送测量报告BLM-REP。 

为了增加检测准确度，步骤s602和步骤s603之间，需要基站调度一个FineSensing QP，其特点是时间比较长，比如一帧的时间，客户端设备有足够的反应时间来进一步检测当前是什么LU信号。在快速感应检测时，当基站进行Datafusion判定当前频段上存在干扰的时候，基站将调度Fine Sensing QP，其作用是为了对干扰的信号进行进一步检测，确定是那种干扰系统的检测信号，比如是否是DTV信号。如果干扰系统是LU系统，WRAN系统将退出被干扰的频段，选择其他频段进行通信。在本步骤中，要检测确定是什么LU信号。使用的检测方法有特征检测。比如使用循环谱、slepian序列等技术进行检测。由于Fine Sensing QP时间长，所以本阶段检测的准确度很高。测量流程和FastSensing部分的相同。只不过，BLM-REQ消息中请求的是一个详细的测量报告。同理，基站也需要进行Data fusion，综合各客户端设备的检测效果进行判决。 

步骤s604的信道切换过程如图8所示，包括以下步骤： 

步骤s801，基站发送信道切换请求消息CHS-REQ请求客户端设备进行信道切换，并指明信道切换的目标信道。为了配合本发明技术的实现，在信道切换请求消息需要携带切换的原因，需要增加CAUSE字段。表1是CHS-REQ消息的格式。 

表1 

Syntax	Size	Notes
			CHS-REQ_Message_Format()
Management Message Type＝47	8bits
			Transaction ID	16bits

Starting Channel Number	8bits
			Number of Channels	8bits
Confirmation Needed	1bit	指示是否需要被确认。
			Switch Mode	1bit	1：表示在切换到新的信道之前，客户端设备不能在原信道发送其它任何数据，当然切换之后，也不能在该信道上发送数据；0：表示在切换到新的信道之前，客户端设备可以在原信道上根据需要发送数据。
Switch Count	8bits	表示在发送信道切换消息之时到系统实际进行信道切换之间还有多少帧的时间。例如当等于1时，表明在下一帧就立即进行信道切换；等于0的时候，表明从当前开始，包括发送信道切换消息本帧数据，信道切换动作随时可以进行。
			Cause	8bits	Bit0＝1：检测到DTV信号，所以要进行信道切换；Bit1＝1：检测到74信号，所以要进行信道切换；Bit2＝1：由于DFH动态跳频，所以要进行信道切换；其他比特暂时保留。

步骤s802，当信道切换请求消息需要客户端设备进行响应，客户端设备发送信道切换响应消息CHS-RSP进行响应。如果信道切换是由于LU系统的信号占用当前的频段，由于之前的干扰检测经历了快速能量检测以及基站集中的数据分析，以及精确检测的特征测量。应该说，当接收到信道切换时，指明 是由于LU系统占用了当前工作频段，其检测准确度基本100％。此时，客户端设备可以根据这个结果来判定当前的信道确实被LU系统占用。 

上述自适应调整进一步包括：首先，我们先说明感应检测门限的调整逻辑，如下表，其中WRAN的感应判决结果是基站结合快速检测和精确检测后的结果。 

表2 

WRAN感应判决结果	客户端设备的能量检测结果	客户端设备的检测门限调整行为
			有干扰	有干扰	不调整
有干扰	无干扰	在门限可调整范围内，降低门限
			无干扰	有干扰	在门限可调整范围内，增加门限
无干扰	无干扰	不调整

具体过程如图9所示，包括以下步骤： 

在快速感应检测中，基站的数据分析表明当前的系统不存在LU系统的干扰，客户端设备可以根据基站是否调度Fine Sensing QP来判断，而客户端设备的本地检测是存在干扰，那么需要在门限调整的范围内降低检测门限，如图中(a)分支。不过，由于快速感应检测结果不是很高时，比如不接近100％，客户端设备在本步骤中可以不调整自己的门限值。 

在精确感应检测中，基站的数据分析表明当前的系统不存在LU系统的干扰，客户端设备可以根据基站是否发送CHS-REQ消息来判断，而客户端设备的本地检测是存在干扰，那么需要在门限调整的范围内降低检测门限，如图中(b)分支。 

在精确感应检测中，基站的数据分析表明当前的系统存在LU系统的干扰，客户端设备可以根据基站是否发送CHS-REQ消息来判断，而客户端设备的本地检测是不存在干扰，那么需要在门限调整的范围内增大检测门限，如图中(c)分支。 

另外，设置一最低检测门限和最高检测门限，当客户端设备增加的阈值超出最高检测门限时，停止增加该阈值；当客户端设备降低阈值到达最低检测门限时，则停止降低该阈值。所述最高检测门限和最低检测门限可以采用客户端设备检测概率来确定：例如以检测概率为98％时的门限值为最低门限，检测概率为85％的门限为最高门限。最高检测门限和最低检测门限也可以采用客户端设备的虚警概率来确定，例如以虚警概率为0.01％的检测门限为最高门限，以虚警概率为15％的检测门限为最低门限。另外，客户端设备的门限的调整步进Threshold_Step，也需要基站设定或者客户端设备制造商根据性能来固定。 

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。 

Claims (24)

1.一种信道切换方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、客户端设备检测使用的频段是否有干扰，客户端设备进行干扰检测，基站根据客户端设备反馈的检测结果进行数据分析，客户端设备根据基站数据分析结果及本身干扰检测结果调整干扰检测门限，如果基站数据分析结果不存在许可系统干扰，而客户端设备干扰检测结果存在干扰，则增加所述干扰检测门限；如果基站数据分析结果存在许可系统干扰，而客户端设备干扰检测结果不存在干扰，则降低所述干扰检测门限；如果基站数据分析结果存在许可系统干扰，且客户端设备干扰检测结果存在干扰，则不调整所述干扰检测门限；如果基站数据分析结果不存在许可系统干扰，且客户端设备干扰检测结果不存在干扰，则不调整所述干扰检测门限；如果有干扰，则向基站发送基带链路管理测量报告消息，该消息中包括干扰指示信息；

B、基站根据该干扰指示信息进行数据分析，判断该干扰是否来源于许可系统，如果是，则转步骤C；

C、基站向客户端设备发送信道切换请求消息CHS-REQ，该消息中包括信道切换原因信息CAUSE；

D、客户端设备从当前使用信道切换到空闲信道。

2.如权利要求1所述信道切换方法，其特征在于，步骤A中客户端设备通过快速感应检测方式检测干扰。

3.如权利要求1所述信道切换方法，其特征在于，步骤B和步骤C之间还包括：

E、基站调度精确感应检测静默周期，客户端设备进行精确检测，判断许可系统的类型。

4.如权利要求2所述信道切换方法，其特征在于，步骤A中干扰检测步骤进一步包括：

客户端设备检测该频段能量值；

将该能量值与预先设定的干扰检测门限进行比较，如果该能量值大于所述干扰检测门限，则有干扰。

5.如权利要求4所述信道切换方法，其特征在于，所述干扰检测门限根据基站和客户端设备的判决进行自适应调整。

6.如权利要求5所述信道切换方法，其特征在于，所述自适应调整进一步包括：

(61)、客户端设备进行干扰检测；

(62)、基站进行数据分析；

(63)、客户端设备根据所述基站数据分析结果及本身干扰检测结果调整所述干扰检测门限。

7.如权利要求1所述信道切换方法，其特征在于，设置最低检测门限和最高检测门限，当客户端设备增加的阈值超出最高检测门限时，停止增加所述干扰检测门限；当客户端设备降低阈值到达最低检测门限时，则停止降低所述干扰检测门限。

8.如权利要求7所述信道切换方法，其特征在于，所述最高检测门限和最低检测门限采用客户端设备检测概率确定或客户端设备虚警概率确定。

9.如权利要求7或8所述信道切换方法，其特征在于，所述最高检测门限和最低检测门限由基站设定后通知客户端设备；或由客户端设备设定。

10.如权利要求5所述信道切换方法，其特征在于，步骤(61)中，客户端设备干扰检测进一步包括：客户端设备进行快速感应检测和/或客户端设备进行精确感应检测。

11.如权利要求10所述信道切换方法，其特征在于，在快速感应检测中，客户端设备通过基站是否调度精确感应检测静默周期判断是否存在许可系统，如果基站没调度精确感应检测静默周期则表明不存在许可系统。

12.如权利要求10所述信道切换方法，其特征在于，在精确感应检测中，客户端设备通过基站是否发送信道切换请求消息CHS-REQ判断是否存在许可系统，如果基站没发送信道切换请求消息CHS-REQ则表明不存在许可系统。

13.如权利要求1所述信道切换方法，其特征在于，步骤A中，客户端设备主动向基站上报基带链路管理测量报告消息BLM-REP，或由基站要求上报基带链路管理测量报告消息BLM-REP。

14.如权利要求13所述信道切换方法，其特征在于，所述基站要求上报基带链路管理测量报告消息BLM-REP的过程进一步包括：

基站向客户端设备发送基带链路管理请求消息BLM-REQ；

客户端设备向基站发送基带链路管理响应消息BLM-RSP；

客户端设备向基站发送基带链路管理测量报告消息BLM-REP。

15.如权利要求13或14所述信道切换方法，其特征在于，客户端设备在每个快速感应静默周期后或多个快速感应静默周期后，向基站发送基带链路管理测量报告消息BLM-REP。

16.如权利要求1所述信道切换方法，其特征在于，CAUSE信息指示：检测到数字电视信号系统、74信号系统或动态跳频系统。

17.如权利要求1至8和9至16中任一项所述信道切换方法，其特征在于，所述信道切换方法具体应用于正交频分复用系统。

18.一种干扰检测门限的自适应方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、客户端设备进行干扰检测；

b、基站进行数据分析；

c、客户端设备根据所述基站数据分析结果及本身干扰检测结果调整阈值，具体包括：

如果基站数据分析结果不存在许可系统干扰，而客户端设备干扰检测结果存在干扰，则增加所述干扰检测门限；

如果基站数据分析结果存在许可系统干扰，而客户端设备干扰检测结果不存在干扰，则降低所述干扰检测门限；

如果基站数据分析结果存在许可系统干扰，且客户端设备干扰检测结果存在干扰，则不调整所述干扰检测门限；

如果基站数据分析结果不存在许可系统干扰，且客户端设备干扰检测结果不存在干扰，则不调整所述干扰检测门限。

19.如权利要求18所述干扰检测门限的自适应方法，其特征在于，设置最低检测门限和最高检测门限，当客户端设备增加的干扰检测门限超出最高检测门限时，停止增加干扰检测门限；当客户端设备降低干扰检测门限到达最低检测门限时，则停止降低干扰检测门限。

20.如权利要求19所述干扰检测门限的自适应方法，其特征在于，所述最高检测门限和最低检测门限采用客户端设备检测概率确定或客户端设备虚警概率确定。

21.如权利要求19或20所述干扰检测门限的自适应方法，其特征在于，所述最高检测门限和最低检测门限由基站设定后通知客户端设备；或由客户端设备设定。

22.如权利要求18所述干扰检测门限的自适应方法，其特征在于，步骤a中，客户端设备干扰检测进一步包括：

a1、客户端设备进行快速感应检测；

a2、客户端设备进行精确感应检测。

23.如权利要求22所述干扰检测门限的自适应方法，其特征在于，在快速感应检测中，客户端设备通过基站是否调度精确感应检测静默周期判断是否存在许可系统，如果基站没调度精确感应检测静默周期则表明不存在许可系统。

24.如权利要求23所述干扰检测门限的自适应方法，其特征在于，在精确感应检测中，客户端设备通过基站是否发送信道切换请求消息CHS-REQ判断是否存在许可系统，如果基站没发送信道切换请求消息CHS-REQ则表明不存在许可系统。

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