專利名稱：協(xié)調(diào)未許可頻帶中的無線電資源使用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及用于協(xié)調(diào)未許可頻帶中的無線電資源使用的系統(tǒng)和方法。更具體地說，本發(fā)明提供用于管理無線電系統(tǒng)如何在未許可頻帶中操作的一套頻譜禮節(jié)(spectrum etiquette)規(guī)則。
背景技術(shù)：
國家規(guī)章管理機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)無線電頻譜的使用和無線電發(fā)射的調(diào)整。作為無線電調(diào)整的一部分，將無線電頻譜劃分成頻帶，并且將頻帶的使用許可長期提供給經(jīng)營者，諸如十或二十年。一般地，將不同頻帶分配給不同類型的無線電服務(wù)。典型的無線電服務(wù)包括諸如無線電導(dǎo)航和無線電定位、移動通信和TV廣播。已經(jīng)授予許可的經(jīng)營者通常具有獨(dú)占權(quán)來將各自的無線電資源用于提供無線電服務(wù)。因此，經(jīng)營者不必與其他經(jīng)營者共享無線電資源(某些地點(diǎn)和時間的頻道)。因為無線電資源使用的排他性，這種無線電服務(wù)稱為主無線電服務(wù)。類似地，提供主無線電服務(wù)的無線電系統(tǒng)稱為主無線電系統(tǒng)。通常，無線電系統(tǒng)表示一組通信設(shè)備，例如一組無線局域網(wǎng)中的通信無線電臺。
通常，由于許可頻帶內(nèi)的經(jīng)營者將所分配頻帶的無線電資源用于提供無線電服務(wù)具有排他性，可能會低效使用這些頻帶。這不是規(guī)章管理機(jī)構(gòu)的要達(dá)到的目的，因為他們嘗試在無線電資源的使用中實現(xiàn)高效率。調(diào)節(jié)的另一方法是協(xié)調(diào)具有未許可頻帶的無線電頻譜的使用。在未許可頻帶內(nèi)，當(dāng)無線電系統(tǒng)操作時，會自主協(xié)調(diào)無線電資源的使用。為此，未許可無線電服務(wù)稱為輔助無線電服務(wù)，而提供輔助無線電服務(wù)的無線電系統(tǒng)稱為輔助無線電系統(tǒng)。
然而，使用該方法出現(xiàn)的問題是如何在競爭無線電資源的未許可無線電系統(tǒng)間獲取共享的有效資源。具體地，未來的無線電通信系統(tǒng)將必須在服務(wù)質(zhì)量(QoS)要求，諸如可靠性以及延遲約束等前提條件下支持高數(shù)據(jù)率。由于它們的公眾可用性(public availability)，未許可頻帶是大批無線電服務(wù)的候選。然而，僅當(dāng)清楚地協(xié)調(diào)無線電資源的使用時，才可以有效地使用未許可頻帶。不幸地是，沒有現(xiàn)有系統(tǒng)提供協(xié)調(diào)用于未許可頻帶的無線電資源使用。
鑒于上文，存在著用于協(xié)調(diào)未許可頻帶中的無線電資源的系統(tǒng)和方法的需求。具體地，需要一套頻譜禮節(jié)規(guī)則，能幫助管理未許可頻帶中，無線電系統(tǒng)的無線電資源使用。另外需要能適應(yīng)在不同頻道帶寬操作的多個無線電系統(tǒng)的頻譜禮節(jié)規(guī)則集。

發(fā)明內(nèi)容
通常，本發(fā)明提供用于協(xié)調(diào)未許可內(nèi)的無線電資源的系統(tǒng)和方法。具體地，在本發(fā)明中，提供頻譜禮節(jié)規(guī)則集，管理無線電系統(tǒng)如何在未許可頻帶內(nèi)操作。在典型的實施例中，頻譜規(guī)則集能適應(yīng)在變動信道帶寬操作的無線電系統(tǒng)。為此，頻譜禮節(jié)規(guī)則集通常包括(1)信道切換規(guī)則，基于與使用中的操作頻道的鄰近原則，確定用于多個無線電系統(tǒng)的操作頻道；(2)帶寬選擇規(guī)則，基于無線電系統(tǒng)的帶寬需求，將無線電系統(tǒng)的帶寬消耗限制到參考信道帶寬；(3)功率選擇規(guī)則，基于無線電系統(tǒng)的帶寬消耗，將無線電系統(tǒng)的功耗限制到預(yù)定電平；(4)延期會話前偵聽(LBT)規(guī)則，要求無線電系統(tǒng)在通信前，掃描開放頻道；(5)信道化LBT規(guī)則，要求無線電系統(tǒng)在通信前，掃描參考信道帶寬內(nèi)的所有頻道；以及(6)同步LBT規(guī)則，要求無線電系統(tǒng)在參考信道頻帶內(nèi)的相鄰頻道上及時同步LBT過程本發(fā)明的第一方面提供一種用于協(xié)調(diào)未許可頻帶中的無線電資源使用的系統(tǒng)，包括在未許可頻帶中操作的多個無線電系統(tǒng)；以及頻譜禮節(jié)規(guī)則集，用于協(xié)調(diào)多個無線電系統(tǒng)的無線電資源使用，其中，頻譜禮節(jié)規(guī)則集包括信道切換規(guī)則用于確定多個無線電系統(tǒng)的至少一個的操作頻道，這個規(guī)則基于與多個無線電系統(tǒng)的至少一個關(guān)聯(lián)的使用中的操作頻道的鄰近原則。
本發(fā)明的第二方面提供一種協(xié)調(diào)未許可頻帶中的無線電資源使用的系統(tǒng)，包括多個無線電系統(tǒng)，其中，多個無線電系統(tǒng)包括參考信道無線電系統(tǒng)、窄信道無線電系統(tǒng)和寬信道無線電系統(tǒng)，以及基于參考信道無線電系統(tǒng)定義參考信道帶寬；以及頻譜禮節(jié)規(guī)則集，用于協(xié)調(diào)多個無線電系統(tǒng)的無線電資源使用，其中，頻譜禮節(jié)規(guī)則集包括信道切換規(guī)則用于確定窄信道無線電系統(tǒng)的操作頻道，這個規(guī)則基于與窄信道無線電系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的使用中的操作頻道的鄰近原則。
本發(fā)明的第三方面提供一種協(xié)調(diào)未許可頻帶中的無線電資源的方法，包括基于參考信道無線電系統(tǒng)定義參考信道帶寬；以及基于與窄信道無線電系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的使用中的操作頻道的鄰近原則，確定用于窄信道無線電系統(tǒng)的操作頻道。
因此，本發(fā)明提供用于協(xié)調(diào)未許可頻帶中的無線電資源使用的系統(tǒng)和方法。


從下述結(jié)合附圖的本發(fā)明的不同方面的詳細(xì)描述中，將更易于理解本發(fā)明的一些特征，其中圖1描述用于美國和歐洲的無線局域網(wǎng)(LANs)的示例性未許可5GHz頻帶。
圖2描述由三種不同無線電系統(tǒng)使用的示例性未許可頻帶。
圖3描述通過利用本發(fā)明的會話前偵聽(listen before talk)(LBT)規(guī)則的所有三個無線電系統(tǒng)，每個無線電系統(tǒng)的平均最終信道使用的示例性圖。
圖4描述當(dāng)利用本發(fā)明的信道LBT規(guī)則時，三個無線電系統(tǒng)的最終廣播時間的示例性圖。
圖5描述當(dāng)利用本發(fā)明的同步LBT規(guī)則時，三個無線電系統(tǒng)的最終廣播時間的示例性圖。
附圖僅是示意性表示，不打算描述本發(fā)明的具體參數(shù)。附圖僅用來描述本發(fā)明的典型實施例，因此，不應(yīng)當(dāng)視為限制本發(fā)明的范圍。在圖中，相同的編號表示相同的元件。
具體實施例方式
如上所述，本發(fā)明提供用于協(xié)調(diào)未許可頻帶中的無線電資源的系統(tǒng)和方法。具體地，在本發(fā)明下，提供頻譜禮節(jié)規(guī)則集，管理無線電系統(tǒng)如何在未許可頻帶內(nèi)操作。在典型的實施例中，頻譜禮節(jié)規(guī)則集能適應(yīng)以變動信道帶寬操作的無線電系統(tǒng)。為此，頻譜禮節(jié)規(guī)則通常包括(1)信道切換規(guī)則，基于與使用中的操作頻道的鄰近原則，確定用于無線電系統(tǒng)的操作頻道，(2)帶寬選擇規(guī)則，基于無線電系統(tǒng)的帶寬要求，將無線電系統(tǒng)的帶寬消耗限制到參考信道帶寬；(3)功率選擇規(guī)則，基于無線電系統(tǒng)的帶寬消耗，將無線電系統(tǒng)的功耗限制到預(yù)定電平；(4)延期會話前偵聽(LBT)規(guī)則，要求無線電系統(tǒng)在通信前，掃描公開頻道；(5)信道LBT規(guī)則，要求無線電系統(tǒng)在通信前，掃描參考信道帶寬內(nèi)的所有頻道；以及(6)同步LBT規(guī)則，要求無線電系統(tǒng)在參考信道帶寬內(nèi)的相鄰頻道上及時同步LBT過程。
如上進(jìn)一步所述，規(guī)章管理機(jī)構(gòu)嘗試協(xié)調(diào)無線電資源的使用以便實現(xiàn)其最高效利用。這是引入未許可頻帶的一個原因。未許可頻帶是無線電頻譜的一部分，允許任何類型的無線電服務(wù)，能使用滿足預(yù)定規(guī)章管理要求集的任何類型的無線電系統(tǒng)。那些要求最主要是規(guī)定無線電參數(shù)，諸如輻射功率的極限、帶外發(fā)射以及天線特性。與許可方法相比，各種不同的無線電系統(tǒng)集可以使用未許可頻帶中的相同無線電資源操作。未許可頻帶的優(yōu)點(diǎn)是假定共享無線電資源可行，更頻繁地和在更多位置使用可用無線電資源，會導(dǎo)致更高效率。
典型地，未許可頻帶覆蓋工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)(ISM)頻帶，例如2.4GHz頻帶，以及未許可國家信息體系結(jié)構(gòu)(U-NII)頻帶(美國)，例如5GHz頻帶。ISM和U-NII頻帶間的差別在于在U-NII頻帶中操作的無線電系統(tǒng)主要提供通信服務(wù)，而在ISM頻帶中，無線電系統(tǒng)可以進(jìn)行任何類型的操作。即在ISM頻帶中操作的無線電系統(tǒng)不是必須提供通信服務(wù)。例如，微波爐可以在ISM頻帶中輻射能量。5GHz頻帶中的主無線電服務(wù)是無線電導(dǎo)航和無線電定位。定義用于輔助無線電系統(tǒng)的規(guī)章要求，以便在存在來自輔助無線電系統(tǒng)的干擾的情況下，主無線電系統(tǒng)仍然能操作。
5GHz未許可頻帶覆蓋5.15GHz和5.825GHz間的無線電頻譜。圖1示例說明為美國(用信道10表示)和歐洲(用信道12表示)定義的該頻帶。應(yīng)預(yù)先意識到圖1是為了表示5GHz頻帶的示例性視圖。同樣地，在此所示的值能改變。在任何情況下，圖1所示的信道化是指如無線局域網(wǎng)(LANs)所應(yīng)用的正交頻分復(fù)用(OFDM)傳輸方案。如圖所示，實際上頻帶協(xié)調(diào)是在信道的兩個區(qū)10和12上進(jìn)行的。此外，在IEEE802.11(a)標(biāo)準(zhǔn)下，把信道10和12視為不會重疊(與會重疊的、2.4GHz ISM頻帶內(nèi)的信道相反)。在美國，在5.15GHz和5.825GHz間分配連續(xù)頻譜的三個U-NII頻帶14A-C，這就出現(xiàn)了無線LANs當(dāng)前使用的十二個20MHz的頻道。已經(jīng)為U-NII頻帶總共釋放了300MHz的頻譜用于輔助無線電服務(wù)。然而，有人建議到2003年未，增加十一個其他信道16(5.47GHz和5.725GHz間的255MHz)。
在歐洲，無線電調(diào)節(jié)允許在兩個連續(xù)頻譜的頻帶內(nèi)的十九個20MHz頻道18A-B操作?？偣灿?55MHz的頻譜可用于輔助無線電服務(wù)。無線LANs必須使用整個頻帶以便在動態(tài)選擇頻道和傳輸功率的幫助下，與主無線電系統(tǒng)共享頻譜。為允許本發(fā)明成為不太復(fù)雜的無線電系統(tǒng)，在低于5.33GHz的頻譜的低頻部分，準(zhǔn)許輔助無線電系統(tǒng)操作，而不執(zhí)行動態(tài)信道選擇和功率控制，與美國的要求類似。在歐洲，通過相應(yīng)降低傳輸功率(等效全向輻射功率(EIRP)仍然低于極限)，更高的天線增益是允許的。
圖1所示的未許可頻帶，諸如5GHz頻帶，是大批無線電服務(wù)的候選。然而，未許可頻帶中的無線電資源的使用應(yīng)當(dāng)仔細(xì)地調(diào)節(jié)以便在未來允許盡可能多的無線電系統(tǒng)來在這些未許可頻帶中操作。因為無線電頻譜是有限和受限的資源，必須實現(xiàn)頻譜效率，以及必須提供在無線電系統(tǒng)中公平共享資源。因此，本發(fā)明提供頻譜禮節(jié)規(guī)則集，用于協(xié)調(diào)如圖1所示的未許可頻帶中的資源使用。頻譜禮節(jié)規(guī)則集主要定義無線電系統(tǒng)的行為以便實現(xiàn)多個目標(biāo)。如果所有無線電系統(tǒng)遵循頻譜禮節(jié)規(guī)則集，首先，訪問共享無線電資源的公平性就會得到維持，第二，能更有效地使用頻帶。另外，頻譜禮節(jié)規(guī)則集通常試圖減輕無線電系統(tǒng)間的不必要的相互影響，這種影響是在無線電系統(tǒng)不知道其他無線電系統(tǒng)正在進(jìn)行的操作情況下進(jìn)行操作所發(fā)生的。在任何情況下，定義在本發(fā)明下的頻譜禮節(jié)規(guī)則集與任何特定無線電系統(tǒng)無關(guān)，其目的在于覆蓋任何可能的傳輸方案(例如擴(kuò)展頻譜、正交頻分多路復(fù)用、OFDM或超寬帶、UWB)以及任何可能的多路訪問方案(時分/頻分/碼分多路訪問、T/F/CDMA，或載波監(jiān)聽多路訪問，CSMA)。因此，在本發(fā)明下，提供頻譜禮節(jié)規(guī)則集，用于確保有效地使用未許可頻帶。
應(yīng)理解到頻譜禮節(jié)規(guī)則集不定義協(xié)議，不限制到一個無線電標(biāo)準(zhǔn)。而且，本發(fā)明的頻譜禮節(jié)規(guī)則集通常不是描述所有無線電系統(tǒng)的整個無線電資源管理的算法。相反，每個無線電系統(tǒng)能在頻譜禮節(jié)的約束內(nèi)，應(yīng)用其自己的算法。頻譜禮節(jié)提供用于行為的框架，可以限制單個無線電系統(tǒng)的無線電資源管理中的自由度。然而，由不同無線電系統(tǒng)應(yīng)用的不同算法將允許它們間的區(qū)別，即使使用頻譜禮節(jié)。
現(xiàn)在參考圖2，在簡化模型中描述未許可頻帶24的無線電資源的使用。與圖1類似，應(yīng)理解到圖2規(guī)定僅是示例性的，而且能結(jié)合任何類型的未許可頻帶和/或無線電系統(tǒng)的配置來實現(xiàn)本發(fā)明的示例。在任何情況下，圖2描述在未許可頻帶24內(nèi)的三種不同無線電系統(tǒng)20A-C的操作，每一種操作都具有不同的頻道帶寬。無線電系統(tǒng)20A視為參考信道無線電系統(tǒng)，且在三個頻道上操作(中心頻率f2，f5，f8)。無線電系統(tǒng)20A能與在5GHz頻帶中操作的無線LANs(使用OFDM)相比。作為參考信道系統(tǒng)，無線電系統(tǒng)20A被定義為“參考頻率柵格”用作由頻譜禮節(jié)規(guī)則集支持的目標(biāo)信道化。為此，假定無線電系統(tǒng)20A的信道22表示無線電系統(tǒng)20A-C的“參考信道帶寬”。將無線電系統(tǒng)20B視為窄信道無線電系統(tǒng)并且在九個頻道(中心頻率f1...f9)上操作。例如，無線電系統(tǒng)20B能表示窄帶無線電系統(tǒng)可以支持有限多個語音呼叫。無線電系統(tǒng)20C視為寬信道無線電系統(tǒng)并且在一個頻道上操作(中心頻率f5)。例如，無線電系統(tǒng)20C能表示在未許可頻帶或擴(kuò)展頻譜中操作寬帶傳輸方案如UWB的無線電系統(tǒng)。這里，術(shù)語“窄帶”和“寬帶”是相對于參考帶寬而言的。如圖2進(jìn)一步所示，頻道彼此重疊。應(yīng)理解到圖2中的頻道的數(shù)量和帶寬不表示任何現(xiàn)有的未許可頻帶，該使用模型僅用作示例模型。
為協(xié)調(diào)無線電系統(tǒng)20A-C中的無線電資源，提供頻譜禮節(jié)規(guī)則集。為三個無線電系統(tǒng)可以定義的不同頻譜禮節(jié)規(guī)則集。頻譜禮節(jié)規(guī)則機(jī)制，在下文中稱為動作，由無線電系統(tǒng)20A-C提供。為此，在下文中定義基本動作集。
I.動作“TPS”傳輸功率選擇無線電系統(tǒng)可以通過不同傳輸功率操作，由信道條件和觀測干擾而定。在此稱為傳輸功率選擇(TPS)。傳輸功率越高，其他無線電系統(tǒng)上的干擾越大。然而，通過增加的傳輸功率，通信很少出錯。
II.動作“CHS”信道選擇基于信道條件和觀測干擾，無線電系統(tǒng)可以改變其操作的頻道。在此稱為信道選擇(CHS)?；诤螘r選擇新信道和選擇哪一信道的判定過程，CHS不僅有利于選擇另一信道的無線電系統(tǒng)，而且有利于所有其他無線電系統(tǒng)。
III.動作“BWS”帶寬選擇在圖2所示的延伸中，無線電系統(tǒng)可以根據(jù)其無線電服務(wù)以及信道條件，選擇不同信道帶寬。在此稱為帶寬選擇(BWS0。應(yīng)用BWS的無線電系統(tǒng)能通過圖2所示的任何信道化操作。BWS包括在多個窄帶信道上并行操作。
IV.動作“LBT”會話前偵聽會話前偵聽(LBT)也稱為CSMA，經(jīng)常在頻譜禮節(jié)中論述。通過LBT操作的無線電系統(tǒng)經(jīng)常在某種程度上實現(xiàn)無線電資源的公平共享。通過LBT，對無線電資源訪問的控制分布在無線電系統(tǒng)中，因此，單個無線電系統(tǒng)難以確定是否能支持它們的無線電服務(wù)。
在本發(fā)明下，采取諸如上述所列出的動作，稱為“行為”。動作采取實體是無線電系統(tǒng)(例如無線電系統(tǒng)20A-C)。頻譜禮節(jié)規(guī)則是在檢測到某一事件時，指示無線電系統(tǒng)20A-C選擇特定行為的指令。在介紹本發(fā)明的頻譜禮節(jié)規(guī)則集前，論述與行為空間無關(guān)的一些基本假定。如上所述，無線電系統(tǒng)20A的信道化確定頻道的參考柵格。因此，無線電系統(tǒng)20A的帶寬確定了下文中參考帶寬的定義。應(yīng)用于通過較大帶寬操作的無線電系統(tǒng)，諸如無線電系統(tǒng)20C的規(guī)則可以不同于應(yīng)用于具有參考帶寬(無線電系統(tǒng)A)或更小帶寬(無線電系統(tǒng)C)的無線電系統(tǒng)的規(guī)則。通常，有關(guān)參考信道化和參考帶寬的知識可以從過去測量的歷史，或通過使用預(yù)定義的參考頻率柵格來獲得，一般情況下，參考頻率柵格是所有無線電系統(tǒng)預(yù)先已知的。
當(dāng)掃描頻道的干擾時，通常同時掃描多個相鄰頻道。通過及時互關(guān)聯(lián)不同頻道的測量結(jié)果，能估計其他無線電系統(tǒng)是否通過比測量無線電系統(tǒng)以更大的信道帶寬操作。如果關(guān)聯(lián)所檢測的相鄰窄帶頻道的干擾，通過將各自的信道用作一個寬帶頻道，而不是多個獨(dú)立的窄帶頻道，能推斷出無線電系統(tǒng)在所有這些頻道上操作。
無線電系統(tǒng)20A-C可以動態(tài)地修改它們的行為以適應(yīng)環(huán)境。作為一般假設(shè)，當(dāng)無線電系統(tǒng)改變其行為時，應(yīng)當(dāng)有行動以便允許競爭無線電資源的其他無線電系統(tǒng)估計在其無線電資源利用中的即將到來的改變。例如，無線電系統(tǒng)可以有行動以便使其先前選擇動作的歷史與其當(dāng)前和未來的行為關(guān)聯(lián)。為此，假定無線電系統(tǒng)20A和20B能在大于參考帶寬的帶寬上動態(tài)地改變頻道。另外，如果整個未許可頻帶的帶寬大于其當(dāng)前帶寬，無線電系統(tǒng)20C應(yīng)當(dāng)能動態(tài)地選擇頻道。使用前面定義的稱為TPS、CHS、BWS和LBT的四種動作，下述規(guī)則可以視為未許可頻帶中的頻譜禮節(jié)規(guī)則集的工作假設(shè)。所述下述規(guī)則可以應(yīng)用于未許可頻帶的于帶，或用于整個未許可頻帶。
規(guī)則#1“帶寬選擇規(guī)則”無線電服務(wù)要求信道帶寬不大于參考帶寬時，支持這種服務(wù)的無線電系統(tǒng)不應(yīng)當(dāng)通過大于參考信道帶寬的信道帶寬操作，而是應(yīng)當(dāng)分配所需信道帶寬，以及使用動作BWS，選擇用于操作的參考帶寬或甚至更小信道帶寬。例如，如果無線電系統(tǒng)20C不要求比參考信道帶寬22更多的帶寬，就不應(yīng)當(dāng)消耗更多。然而，如果無線電系統(tǒng)20C需要傳送大量數(shù)據(jù)，就能消耗其額定帶寬，如圖1所示。因此，基于其帶寬要求，該規(guī)則限制無線電系統(tǒng)的帶寬消耗，諸如寬信道無線電系統(tǒng)20C。例如，在跳頻(FH)擴(kuò)展頻譜無線電系統(tǒng)中該規(guī)則是指自適應(yīng)改變跳頻序列，而且如果傳輸功率低于某一閾值，對UWB來說，可以不應(yīng)用此規(guī)則。
規(guī)則#2“功率選擇規(guī)則”通過大于參考帶寬的信道帶寬操作的無線電系統(tǒng)(例如無線電系統(tǒng)20C)應(yīng)當(dāng)將傳輸功率限制到預(yù)定電平，以便限制其他無線電系統(tǒng)上的干擾。因此，要基于無線電系統(tǒng)的帶寬消耗限制其功耗。這就是，通常當(dāng)無線電系統(tǒng)的帶寬消耗增加時，其功耗應(yīng)當(dāng)減少。該規(guī)則可以應(yīng)用于無線電系統(tǒng)20C以及使用擴(kuò)展頻譜的無線電系統(tǒng)，或UWB系統(tǒng)。在任何情況下，應(yīng)注意到帶寬選擇規(guī)則和功率選擇規(guī)則彼此互補(bǔ)。例如，如果無線電系統(tǒng)20C(或通過擴(kuò)展頻譜或UWB操作的任何其他無線電系統(tǒng))不能根據(jù)帶寬選擇規(guī)則改變其信道帶寬，就應(yīng)當(dāng)應(yīng)用功率選擇規(guī)則。
規(guī)則#3“信道選擇規(guī)則”無線電系統(tǒng)根據(jù)與使用中的操作頻道鄰近的操作頻道，選擇操作頻道。具體地，當(dāng)做出有關(guān)頻道切換的決定時，無線電系統(tǒng)諸如20B會優(yōu)先選擇接近其他類型的20B頻道的頻譜中的頻道，以便使被干擾的參考信道數(shù)量最小，在此稱為分組。該規(guī)則僅在具有參考信道帶寬22(通過及時相互關(guān)聯(lián)的相鄰信道上的干擾識別)的無線電系統(tǒng)中應(yīng)用，或可以獨(dú)立于其他無線電系統(tǒng)應(yīng)用。分組能通過使用優(yōu)選頻道的預(yù)定列表來實現(xiàn)。例如，無線電系統(tǒng)20B總是將f1選擇為操作的初始頻道，如果已經(jīng)使用該信道，無線電系統(tǒng)20B接著嘗試在頻道f2上操作。如果也分配了該頻道，可以繼續(xù)選擇下一相鄰信道直到找到空閑頻道為止。
規(guī)則#4“延期會話前偵聽(LBT)規(guī)則”在該規(guī)則下，無線電系統(tǒng)20A、20B和/或20C當(dāng)操作時會應(yīng)用LBT。例如，在通信前，無線電系統(tǒng)20A和/或20B應(yīng)當(dāng)“掃描”開放信道。
規(guī)則#5“信道化LBT規(guī)則”該規(guī)則與延遲LBT規(guī)則有關(guān)，通常應(yīng)用于窄信道無線電系統(tǒng)如無線電系統(tǒng)20B，它要求無線電系統(tǒng)掃描全部參考信道帶寬22而不僅是它所操作的窄帶頻道。例如，如果無線電系統(tǒng)20B希望在頻道f2上“會話”(通信)，它應(yīng)當(dāng)在進(jìn)行會話前，掃描f1，f2和f3。
規(guī)則#6“同步LBT規(guī)則”該規(guī)則也基于延遲LBT規(guī)則，且同樣通常應(yīng)用于窄帶無線電系統(tǒng)，諸如無線電系統(tǒng)20B。具體地，為保護(hù)其他無線電系統(tǒng)更有效率的工作，無線電系統(tǒng)20B(遵循延遲LBT規(guī)則)應(yīng)當(dāng)在與相同參考信道重疊的相鄰頻道(例如f1，f2和f3)上，及時同步其LBT過程。
基于圖2所示的示例性無線電系統(tǒng)20A-C，上述規(guī)則應(yīng)用如下(1)帶寬選擇規(guī)則和功率選擇規(guī)則應(yīng)用于無線電系統(tǒng)20C，(2)信道選擇規(guī)則、信道化LBT規(guī)則和同步LBT規(guī)則應(yīng)用于無線電系統(tǒng)20B，以及(3)延遲LBT規(guī)則應(yīng)用于無線電系統(tǒng)20A和20B。
實驗例子在下述例子中，評價延遲LBT規(guī)則、信道化LBT規(guī)則和同步LBT規(guī)則。結(jié)論將分別討論如何通過這些規(guī)則保護(hù)參考信道無線電系統(tǒng)20A。使用模型的隨機(jī)模擬用于該論述。
在該例子中，模擬一個寬信道無線電系統(tǒng)，如圖2的無線電系統(tǒng)20C(具有中心頻率f5的一個寬帶系統(tǒng)，例如下文中UWB稱為類型20C無線電系統(tǒng))；三個參考信道無線電系統(tǒng)，如無線電系統(tǒng)20A(具有中心頻率f2，f5和f8的三個參考系統(tǒng)，例如在下文中802.11(a)，稱為類型20A無線電系統(tǒng))；九個窄信道無線電系統(tǒng)，如無線電系統(tǒng)20B無線電系統(tǒng)(具有每中心頻率f1...f9的一個無線電系統(tǒng)的九個窄帶系統(tǒng)，在下文中稱為20B無線電系統(tǒng))。簡化的LBT代替模擬詳細(xì)協(xié)議，用于所有無線電系統(tǒng)。當(dāng)無線電系統(tǒng)要分配無線電資源時，掃描其頻道以便確定它是繁忙還是空閑。掃描立即執(zhí)行沒有延遲。然而，類型20A無線電系統(tǒng)在分配無線電資源前，要求三個頻道分別是空閑的。類型20C無線電系統(tǒng)甚至要求在分配無線電資源前，全部頻譜空閑，因此，如上所述，對該寬帶無線電系統(tǒng)，建議LBT不作為頻譜禮節(jié)規(guī)則。
僅當(dāng)各個信道空閑時，無線電系統(tǒng)才分配無線電資源，否則繼續(xù)掃描直到信道變?yōu)榭臻e為止。當(dāng)不至一個無線電系統(tǒng)同時將信道檢測為空閑時，嘗試分配會發(fā)出沖突。在該模擬情況下，假定在不同無線電系統(tǒng)間的資源分配中最佳沖突被避免如果兩個或多個無線電系統(tǒng)嘗試分配(使用、占用)相同的無線電資源(例如在頻道f1上操作的類型20B無線電系統(tǒng)，以及在頻道f1～f3上操作并掃描的類型20A無線電系統(tǒng))，隨機(jī)選擇一個無線電系統(tǒng)來分配無線電資源，其他無線電系統(tǒng)延期和繼續(xù)掃描信道。模擬沖突避免的方法是通過無限多個具有無窮小持續(xù)特性的時間片來近似爭用機(jī)制(backoff window)。
另外，假定優(yōu)選信道以便信道為忙或空閑。無線電系統(tǒng)總是檢測其他無線電系統(tǒng)的無線電資源分配。相對于業(yè)務(wù)模型，所有無線電系統(tǒng)總是提供相同的業(yè)務(wù)。通過每個無線電系統(tǒng)兩個隨機(jī)過程，模擬所提供的業(yè)務(wù)通過改變在0和0.7間變化的平均時間，到達(dá)間隔時間服從負(fù)指數(shù)分配。在0ms和2ms間均勻分布無線電資源訪問持續(xù)時間(1ms＝1毫秒)。在理想化的模擬情況下，因為瞬間執(zhí)行掃描，是沒有掃描時間的。
在計算結(jié)果中，給出每無線電系統(tǒng)類型的平均廣播時間。廣播時間是指每個無線電系統(tǒng)類型的分配時間與模擬時間的比率airtimetypeA,B,C=1NtypeΣi=1Ntypeallocationtime(i)simulationtime]]>其中，NA＝3，NB＝9和NC＝1。廣播時間是無線電系統(tǒng)資源的共享的特征。
應(yīng)理解到，術(shù)語“分配時間(i)”是指無線電系統(tǒng)“i”分配無線電資源的累積時間。注意它不是試圖表示每個無線電系統(tǒng)的吞吐量。因為無線電系統(tǒng)通過不同信道帶寬操作，他們將獲得不同的吞吐量。該例子關(guān)注的焦點(diǎn)是無線電系統(tǒng)彼此的相互干擾，如在結(jié)果中所指出的那樣。
A.用于延遲LBT規(guī)則的結(jié)果圖3示例說明在三種不同類型20A-C的無線電系統(tǒng)上平均的、每個無線電系統(tǒng)的最終廣播時間。在圖3中能看出LBT是對窄帶無線電系統(tǒng)(類型20B)最有利的措施。通過日益增加所提供的業(yè)務(wù)，窄帶無線電系統(tǒng)(類型20B)實現(xiàn)更大廣播時間且抑制了其他無線電系統(tǒng)的資源分配。明顯地，單單LBT不是實現(xiàn)無線電資源的公平共享的充分機(jī)制。為減輕該不必要的結(jié)果，根據(jù)信道化LBT規(guī)則和同步LBT規(guī)則，提出了LBT的兩個改進(jìn)方案。
B.用于信道化LBT規(guī)則的結(jié)果在本發(fā)明下，延期LBT規(guī)則的一個改進(jìn)是要求窄帶系統(tǒng)掃描參考信道，而不是它們的各個信道(即信道化LBT規(guī)則)。通過該改進(jìn)，例如，在頻道f1操作的類型20B無線電系統(tǒng)將掃描三個頻道f1～f3。與類型A無線電系統(tǒng)類似，僅當(dāng)所有三個信道同時均空閑時，類型B無線電系統(tǒng)可以啟動資源分配。該改進(jìn)的結(jié)果如圖4所示。能看出該改進(jìn)在窄帶無線電系統(tǒng)(類型20B)的廣播時間上有否定意義，且與圖3相比稍微提高了參考系統(tǒng)(類型A)的最終廣播時間。注意，類型20B無線電系統(tǒng)與類型20A無線電系統(tǒng)相比，仍然有顯著的優(yōu)點(diǎn)，因為它們?nèi)匀豢梢酝瑫r傳送。類型20B無線電系統(tǒng)在爭用期間不彼此競爭。因此，如果一種20B無線電系統(tǒng)分配資源，類型20A無線電系統(tǒng)必須延期，但類型20B無線電系統(tǒng)可以同時啟動并行資源分配(幾乎相同時間啟動)C.用于同步LBT規(guī)則的結(jié)果窄帶無線電系統(tǒng)(類型20B)的延期LBT規(guī)則的第二改進(jìn)是根據(jù)上述同步LBT規(guī)則，及時同步無線電資源分配。如果窄帶無線電系統(tǒng)同步分配資源，類型20A無線電系統(tǒng)更有可能將三個窄帶信道同時掃描為空閑。圖5給出了結(jié)果，可以看出現(xiàn)在比以前能更好地保護(hù)參考無線電系統(tǒng)(類型20A)且獲得更多的共享。因此，同步相鄰窄帶無線電系統(tǒng)的無線電資源分配，如在“同步LBT規(guī)則中”所述，可以幫助控制以不同信道帶寬操作的共存的無線電系統(tǒng)的資源分配。
出于示例說明和描述本發(fā)明的目的，提出了的優(yōu)選實施例的上述描述，因此無意做到完備細(xì)致，也無意將本發(fā)明限制于所公布的具體形式，很顯然，許多改進(jìn)和變化是可行的。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言這些改進(jìn)和變化意圖明確地包括在由附帶的權(quán)力書所定義的本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，盡管結(jié)合圖1-5論述了5GHz頻帶，應(yīng)理解到能將頻譜禮節(jié)規(guī)則集應(yīng)用于任何未許可頻帶，如2.4GHz頻帶。
權(quán)利要求
1.一種協(xié)調(diào)未許可頻帶中的無線電資源使用的系統(tǒng)，包括在未許可頻帶(24)中操作的多個無線電系統(tǒng)(20A-C)；以及頻譜禮節(jié)規(guī)則集，用于協(xié)調(diào)多個無線電系統(tǒng)(20A-C)的無線電資源的使用，其中，頻譜禮節(jié)規(guī)則集包括信道切換規(guī)則用于確定多個無線電系統(tǒng)中至少一個(20B)的操作頻道，這種規(guī)則基于與多個無線電系統(tǒng)中的至少一個(20B)關(guān)聯(lián)的使用中的操作頻道的鄰近原則。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，頻譜禮節(jié)規(guī)則集基于多個無線電系統(tǒng)(20A-C)的帶寬需求進(jìn)一步包括了帶寬選擇規(guī)則將多個無線電系統(tǒng)(20A-C)的帶寬消耗限制到參考信道帶寬，其中，多個無線電系統(tǒng)(20A-C)的每一個將具有低于參考信道帶寬的帶寬消耗，除非它們要求比參考信道帶寬更多的帶寬。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，頻譜禮節(jié)規(guī)則集基于帶寬消耗的限制進(jìn)一步包括功率選擇規(guī)則將多個無線電系統(tǒng)(20A-C)的功耗限制到預(yù)定電平，其中，功耗消耗與帶寬消耗成反比。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，頻譜禮節(jié)規(guī)則集進(jìn)一步包括延期會話前偵聽(LBT)規(guī)則要求多個無線電系統(tǒng)(20A-C)在通信前，掃描開放頻道。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，頻譜禮節(jié)規(guī)則集進(jìn)一步包括信道化LBT規(guī)則要求多個無線電系統(tǒng)的至少一個(20B)在通信前，掃描參考信道帶寬(22)內(nèi)的所有頻道(f1～f3)。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，頻譜禮節(jié)規(guī)則集進(jìn)一步包括同步LBT規(guī)則要求多個無線電系統(tǒng)的至少一個(20B)在參考信道頻帶(22)內(nèi)的相鄰頻道(f1～f3)上，及時同步LBT過程。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，多個無線電系統(tǒng)(20A-C)包括參考信道無線電系統(tǒng)(20A)、窄信道無線電系統(tǒng)(20B)和寬信道無線電系統(tǒng)(20C)，并且，至少其中一個無線電系統(tǒng)(20B)包括窄信道無線電系統(tǒng)(20B)。
8.一種協(xié)調(diào)未許可頻帶中的無線電資源使用的系統(tǒng)，包括多個無線電系統(tǒng)(20A-C)，包括參考信道無線電系統(tǒng)(20A)、窄信道無線電系統(tǒng)(20B)和寬信道無線電系統(tǒng)(20C)，以及基于參考信道無線電系統(tǒng)(20A)所定義的參考信道帶寬(22)；還包括頻譜禮節(jié)規(guī)則集，用于協(xié)調(diào)多個無線電系統(tǒng)(20A-C)的無線電資源使用，其中，頻譜禮節(jié)規(guī)則集包括信道切換規(guī)則用于確定窄信道無線電系統(tǒng)(20B)的操作頻道，它基于與窄信道無線電系統(tǒng)(20B)關(guān)聯(lián)的使用中的操作頻道的鄰近原則。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，頻譜禮節(jié)規(guī)則集基于寬信道無線電系統(tǒng)(20C)的帶寬需求，進(jìn)一步包括帶寬選擇規(guī)則將寬信道無線電系統(tǒng)(20C)的帶寬消耗限制到參考信道帶寬(22)，其中，寬信道無線電系統(tǒng)(20C)將具有低于參考信道帶寬(22)的帶寬消耗，除非寬信道無線電系統(tǒng)(20C)要求比參考信道帶寬(22)更多的帶寬。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，頻譜禮節(jié)規(guī)則集基于帶寬消耗的限制進(jìn)一步包括功率選擇規(guī)則將寬信道無線電系統(tǒng)(20C)的功耗限制到預(yù)定電平，其中，當(dāng)帶寬消耗增加時，功耗減少。
11.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，頻譜禮節(jié)規(guī)則集進(jìn)一步包括延期會話前偵聽(LBT)規(guī)則要求參考信道無線電系統(tǒng)(20A)和窄信道無線電系統(tǒng)(20B)在通信前，掃描開放頻道。
12.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，頻譜禮節(jié)規(guī)則集進(jìn)一步包括信道化LBT規(guī)則要求在通信前窄信道無線電系統(tǒng)(20B)掃描參考信道帶寬(22)內(nèi)的所有頻道(f1～f3)。
13.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，頻譜禮節(jié)規(guī)則集進(jìn)一步包括同步LBT規(guī)則要求窄信道無線電系統(tǒng)(20B)在參考信道頻帶(22)內(nèi)的相鄰頻道(f1～f3)上，及時同步LBT過程。
14.一種協(xié)調(diào)未許可頻帶中的無線電資源的方法，包括基于參考信道無線電系統(tǒng)(20A)定義參考信道帶寬(22)；以及基于與窄信道無線電系統(tǒng)(20B)關(guān)聯(lián)的使用中的操作頻道的鄰近原則，確定用于窄信道無線電系統(tǒng)(20B)的操作頻道。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，基于寬信道無線電系統(tǒng)(20C)的帶寬需求，進(jìn)一步要求將寬信道無線電系統(tǒng)(20C)的帶寬消耗限制到參考信道帶寬(22)，其中，寬信道無線電系統(tǒng)(20C)的帶寬消耗將低于參考信道帶寬(22)，除非寬信道無線電系統(tǒng)(20C)要求比參考信道帶寬(22)更多的帶寬。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，基于帶寬消耗，進(jìn)一步要求將寬信道無線電系統(tǒng)(20C)的功耗限制到預(yù)定電平，其中，當(dāng)帶寬消耗增加時，寬信道無線電系統(tǒng)(20C)的功耗減少。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步要求參考信道無線電系統(tǒng)(20A)和窄信道無線電系統(tǒng)(20B)在通信前，掃描開放頻道。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步要求窄信道無線電系統(tǒng)(20B)在通信前，掃描參考信道帶寬(22)內(nèi)的所有頻道(f1～f3)。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步要求窄信道無線電系統(tǒng)(20B)在參考信道頻帶(22)內(nèi)的相鄰頻道(f1～f3)上，及時同步會話前偵聽LBT過程。
20.如權(quán)利要求14所述的方法，其中，用于窄信道無線電系統(tǒng)的操作頻道與使用中的操作頻道相鄰。
21.一種在未許可頻帶中操作的無線電設(shè)備，包括制定頻譜禮節(jié)規(guī)則集的裝置，用來協(xié)調(diào)無線電資源的使用，其中，頻譜禮節(jié)規(guī)則集包括信道切換規(guī)則用于確定無線電設(shè)備的操作頻道，它基于與無線電設(shè)備關(guān)聯(lián)的使用中的操作頻道的鄰近原則。
22.如權(quán)利要求1所述的無線電設(shè)備，其中，制定頻譜禮節(jié)規(guī)則集的裝置還包括一個用于制定帶寬選擇規(guī)則的裝置，這個裝置基于多個無線電系統(tǒng)(20A-C)的帶寬需求，將無線電設(shè)備的帶寬消耗限制到參考信道帶寬，其中，多個無線電系統(tǒng)(20A-C)的每一個將具有低于參考信道帶寬的帶寬消耗，除非它們要求比參考信道帶寬更多的帶寬。
23.如權(quán)利要求2所述的無線電設(shè)備，其中，制定頻譜禮節(jié)規(guī)則集的裝置還包括用于制定功率選擇規(guī)則的裝置，這個裝置基于帶寬消耗的限制，將無線電設(shè)備的功耗限制到預(yù)定電平，其中，功耗與帶寬消耗成反比。
24.如權(quán)利要求1所述的無線電設(shè)備，其中，制定頻譜禮節(jié)規(guī)則集的裝置還包括用于制定延遲會話前偵聽(LBT)規(guī)則的裝置，要求無線電設(shè)備在通信前，掃描一個開放頻道。
25.如權(quán)利要求1所述的無線電設(shè)備，其中，制定頻譜禮節(jié)規(guī)則集的裝置還包括用于制定信道化LBT規(guī)則的裝置，要求無線電設(shè)備在通信前，掃描參考信道帶寬(22)內(nèi)的所有頻道(f1～f3)。
26.如權(quán)利要求1所述的無線電設(shè)備，其中，制定頻譜禮節(jié)規(guī)則集的裝置還包括用于制定同步LBT規(guī)則的裝置，要求無線電設(shè)備在參考信道頻帶(22)內(nèi)的相鄰頻道(f1～f3)上，及時同步LBT過程。
27.如權(quán)利要求1所述的無線電設(shè)備，其中，無線電設(shè)備中至少一個無線電系統(tǒng)(20B)包括窄信道無線電系統(tǒng)(20B)。
28.如權(quán)利要求1所述的無線電設(shè)備，其中，無線電設(shè)備是參考信道無線電(20A)和一個基于參考信道比(20A)定義的參考信道帶寬(22)。
29.如權(quán)利要求1所述的無線電設(shè)備，其中，無線電設(shè)備是窄信道無線電(20B)。
30.如權(quán)利要求1所述的無線電設(shè)備，其中，無線電設(shè)備是寬信道無線電(20C)。
全文摘要
提供用于協(xié)調(diào)未許可頻帶(24)內(nèi)的無線電資源的系統(tǒng)和方法。具體地，在本發(fā)明下，提供頻譜禮節(jié)規(guī)則集以管理無線電系統(tǒng)(20A－C)如何在未許可頻帶(24)內(nèi)操作。在典型的實施例中，頻譜規(guī)則集能適應(yīng)在變動信道帶寬下操作的無線電系統(tǒng)(20A－C)。為此，頻譜禮節(jié)規(guī)則集通常包括信道切換規(guī)則、帶寬選擇規(guī)則、功率選擇規(guī)則、延期會話前偵聽(LBT)規(guī)則、信道化LBT規(guī)則和同步LBT規(guī)則。
文檔編號H04Q7/36GK1809998SQ200480017218
公開日2006年7月26日 申請日期2004年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月17日
發(fā)明者S·曼戈德 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司