專(zhuān)利名稱：動(dòng)態(tài)跳頻無(wú)線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中的頻譜合作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于認(rèn)知無(wú)線電的無(wú)線通信系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及動(dòng)態(tài)跳頻 無(wú)線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中的頻譜合作方法。
背景技術(shù)：
在目前的正EE802.22等通信協(xié)議中，并沒(méi)有規(guī)定和說(shuō)明如何利用頻譜 合作的方法有效解決大于或等于兩個(gè)交迭的WRAN系統(tǒng)之間的頻譜沖f里。
在運(yùn)用認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的WRAN系統(tǒng)中，如何充分利用有限的免費(fèi)空 頻段進(jìn)行區(qū)域接入通信是當(dāng)前無(wú)線通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
通常，當(dāng)WRAN系統(tǒng)中的各客戶端設(shè)備(CPE: Consumer Premise Equipment)進(jìn)行帶內(nèi)(In-band)頻譜偵測(cè)時(shí)，該接入網(wǎng)絡(luò)需要犧牲很長(zhǎng) 的通信時(shí)間用于靜默期(Quietperiod)進(jìn)行相應(yīng)頻段內(nèi)的授權(quán)合法用戶 的使用情況探測(cè)。
上述協(xié)議中提供了一種基于動(dòng)態(tài)跳頻的WRAN系統(tǒng)跳頻工作方式，該 結(jié)構(gòu)有效地利用在不同的空閑信道上進(jìn)行周期跳頻從而大大縮短了用于 帶內(nèi)頻譜偵測(cè)的靜默周期。圖1示例了WRANl系統(tǒng)104和WRAN2系統(tǒng)105 在CHA信道101和CHB信道102及CHC信道103之間進(jìn)行靈活跳頻的示意 圖。從圖中可以看出，在CHA信道101的第一個(gè)周期內(nèi)，WRAN1系統(tǒng)104 工作于該可用頻段，在第二個(gè)運(yùn)行期，WRAN1系統(tǒng)104跳頻至空閑CHB 信道102上進(jìn)行通信，在第三個(gè)運(yùn)行期間內(nèi)，WRAN系統(tǒng)104又跳至空閑 信道CHB103。類(lèi)似地，對(duì)于WRAN2系統(tǒng)105而言，其分別在三個(gè)運(yùn)行期 內(nèi)順序由CHC信道103跳到CHA信道101和CHB信道102。從而不僅保證 WRAN1系統(tǒng)104和WRAN系統(tǒng)2105能正常不間斷地工作于空閑信道，同 時(shí)也使得各CPE能在各信道的靜默期對(duì)該信道是否空閑進(jìn)行偵測(cè)。圖2給出了WRAN201在初始頻譜偵測(cè)202階段以及兩個(gè)運(yùn)行期203和 204內(nèi)的操作示意圖。首先，WRAN內(nèi)的各CPE進(jìn)行初始頻譜偵測(cè)202， 找到該系統(tǒng)所能正常工作的空閑頻段CHA及生效時(shí)間205;然后，在第二 個(gè)周期，WRAN跳至CHA發(fā)送數(shù)據(jù)并同時(shí)對(duì)信道CH(
,[A+n,N])進(jìn) 行頻譜偵測(cè)203,得出CHB的生效時(shí)間206;接下來(lái)，在第三個(gè)周期內(nèi)， WRAN跳至CHB并同時(shí)對(duì)信道CH(
,[B+n,N])進(jìn)行頻譜偵測(cè)204 。 N 為整個(gè)待偵測(cè)信道數(shù)目，n為保護(hù)間隔寬度。
但如何解決基于動(dòng)態(tài)跳頻的多個(gè)WRAN系統(tǒng)之間的頻譜碰撞問(wèn)題是目 前的研究熱點(diǎn)之一。一種較為普遍的解決方案是首先偵測(cè)到空閑信道CHA 的WRAN1控制中心向周?chē)钠渌鸚RAN發(fā)出信令聲明其對(duì)該信道的預(yù)占 有并同時(shí)監(jiān)聽(tīng)來(lái)自周?chē)渌鸚RAN的聲明廣播。如果無(wú)其他聲明預(yù)占有 CHA的廣播信息或其他系統(tǒng)的聲明信息晚于WRAN1，則WRAN1將于接 下來(lái)的周期跳頻至CHA。因此，在WRAN系統(tǒng)利用這種基于碰撞避免的 方案解決頻譜沖突時(shí)，假設(shè)出現(xiàn)如圖3所示的場(chǎng)景
在第一個(gè)周期內(nèi)，WRAN1系統(tǒng)301頻譜偵測(cè)到CHA生效時(shí)間303， WRAN2系統(tǒng)302頻譜偵測(cè)到CHD生效時(shí)間并分別于第二個(gè)周期跳頻至 CHA和CHD;在第二個(gè)周期內(nèi)，發(fā)生如下兩種情況
(1) WRAN1系統(tǒng)301和WRAN2系統(tǒng)302均只偵測(cè)到CHB為空閑信 道，但具有不同的生效時(shí)間，分別為CHB生效時(shí)間305和CHB 生效時(shí)間306;
(2) WRAN1系統(tǒng)301僅偵測(cè)到空閑信道CHB，同時(shí)WRAN2系統(tǒng)偵 測(cè)到空閑信道CHB和CHC 。但CHC的生效時(shí)間超過(guò)系統(tǒng)所能承 受的最大時(shí)延限制。
很顯然，基于競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的碰撞避免解決方案無(wú)法完美地解決上述兩種 情況下頻譜碰撞問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一個(gè)利用頻譜合作的方式解決多個(gè)交迭的 WRAN系統(tǒng)之間頻譜沖突的方法，從而使得各處于免費(fèi)頻段的WRAN系 統(tǒng)更加高效地運(yùn)作。為實(shí)現(xiàn)上述目的， 一種動(dòng)態(tài)跳頻無(wú)線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中的頻譜合作方法， 包括步驟
所有WRAN中的CPE進(jìn)行頻譜偵測(cè)并反饋相關(guān)的空閑信道信息至各 自的控制基站；
由高優(yōu)先級(jí)的WRAN決定處于頻譜碰撞狀態(tài)的WRAN系統(tǒng)的頻譜資 源分配。
采用本發(fā)明中的頻譜合作方法來(lái)解決基于動(dòng)態(tài)跳頻的各交迭WRAN之 間的頻譜碰撞問(wèn)題，從而有效地保證了各WRAN系統(tǒng)在保證各自QoS的 同時(shí)有效避免了相鄰WRAN由于免費(fèi)空閑信道的缺乏所帶來(lái)的無(wú)線接入 不可實(shí)現(xiàn)或延時(shí)較大等嚴(yán)重問(wèn)題。從而有效地提高了同一運(yùn)營(yíng)商在有效 整合頻譜資源提高整個(gè)WRAN區(qū)域覆蓋范圍內(nèi)的通信質(zhì)量及可靠性。


圖1顯示多WRAN系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)跳頻示意圖2顯示W(wǎng)RAN系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)跳頻運(yùn)行示意圖3顯示兩交迭WRAN系統(tǒng)的頻譜沖撞示意圖4顯示基于本發(fā)明的交迭WRAN系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；
圖5顯示采用頻譜合作方法的子信道劃分算法；
圖6顯示基于本發(fā)明的系統(tǒng)運(yùn)行流程圖7顯示基于本發(fā)明的兩交迭WRAN基站之間的控制信令。
具體實(shí)施例方式
圖4中，存在兩個(gè)交迭的無(wú)線區(qū)域網(wǎng)WRAN-A401和WRAN-B402。此 時(shí)，WRAN-A4 01進(jìn)行頻譜偵測(cè)并得到CHB信道可作為其下 一 周期的跳 頻目標(biāo)頻段；另外，WRAN-B402也頻譜偵測(cè)到CHB可作為其下一周期的 跳頻目標(biāo)頻段。此時(shí)頻譜沖突發(fā)生于WRAN-A401和WRAN-B402之間。
因此，本發(fā)明的核心思想是通過(guò)交迭WRAN的控制中心之間的信令交 互從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)無(wú)線區(qū)域網(wǎng)共享空閑頻段CHB。其中，WRAN-A401占 有頻段CHB-parl 403; WRAN-B402占有頻段CHB-part2 404。圖5給出了在時(shí)間頻率坐標(biāo)曲線上對(duì)WRAN-A501和WRAN-B502進(jìn)行 頻率資源的劃分和共享。圖中，信道CHB被劃分為0,1，…，N-1共N個(gè)子信 道，其中子信道[k+n,N-l]被分配給WRAN-A501，子信道[O,k-n]被分配給 WRAN-B502。為了避免兩個(gè)互相交迭的無(wú)線區(qū)域接入系統(tǒng)對(duì)相鄰子信道 的干擾,留出2n個(gè)子信道作為保護(hù)間隔503。因此，分配給WRAN-A系統(tǒng)501 的有效帶寬為,(WRAN-A)=a2w 1--餅c朋分配與WRAN-B系統(tǒng)502的有效帶寬為 ,(WRAN - B)=(卜+ - ^卜麼—C朋保護(hù)間隔503的帶寬為 5ff (GB) = j * 5『—a.其中保護(hù)間隔參數(shù)n值根據(jù)相鄰的WRAN系統(tǒng)之間的交迭區(qū)域面積S及 WRAN中基站的發(fā)送功率P相關(guān)；帶寬分配參數(shù)a值由優(yōu)先級(jí)較高的 WRAN系統(tǒng)基站根據(jù)其他優(yōu)先級(jí)較低的WRAN基站發(fā)送的帶寬請(qǐng)求信 息確定。具體優(yōu)先級(jí)的確定以及交互控制信令將在發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明部 分中進(jìn)行詳細(xì)闡述。圖6給出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)運(yùn)行流程圖，圖7給出了基于本發(fā)明的各WRAN系統(tǒng)之間的控制信令。根據(jù)圖6和圖7，本發(fā)明的WRAN系統(tǒng)操作步驟如下1. WRAN-A和WRAN-B中的各CPE進(jìn)行頻譜偵測(cè)，并把相應(yīng)的偵測(cè) 結(jié)果發(fā)送至各自的基站，由其決定下一跳頻周期所能找到的空閑 頻段；2. WRAN-A基站701和WRAN-B的基站702分別向周?chē)鶺RAN廣播 聲明信息Announcement—use—CHB703 ;同時(shí)監(jiān)聽(tīng)來(lái)自周?chē)渌?WRAN的廣播信息；(此處，我們不失一般性地假設(shè)WRAN-A 首先偵測(cè)到空閑信道CHB從而先于WRAN-B基站702廣播聲明信 號(hào)。因此這里WRAN-A系統(tǒng)具有更高的優(yōu)先級(jí))；3. 如果WRAN-A基站701在等待期間內(nèi)沒(méi)有收到由周?chē)鶺RAN發(fā)送 的聲明Announcement use CHB703信息，則在下一周期動(dòng)態(tài)跳頻至ljCHB進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)；如果WRAN-A基站701在等待期間收到由 WRAN-B基站702向周?chē)鶺RAN廣播的聲明信號(hào) Announcement_use—CHB704以及Announcement—use—CHC ， 貝!j WRAN-A仍然在下一周期動(dòng)態(tài)跳頻到CHB進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)；如果 WRAN-A基站701在等待期間僅收到由WRAN-B基站702向周?chē)?WRAN廣播的聲明信號(hào)Announce—use—CHB704且時(shí)間戳顯示晚 于WRAN-A，則由此確定WRAN-A系統(tǒng)的高優(yōu)先級(jí)地位；4. WRAN-B基站702發(fā)送共享CHB的請(qǐng)求信息Req_co-use—CHB705 至WRAN-A基站701 ;并同時(shí)發(fā)送帶寬請(qǐng)求信息 Req_Bandwidth—WRAN-B706;5. WRAN-A基站702在接收到WRAN-B基站702發(fā)送的請(qǐng)求信息 Req_co-use—CHB705 后，根據(jù)帶寬請(qǐng)求信息 Req_Bandwidth—WRAN-B706以及自身系統(tǒng)對(duì)業(yè)務(wù)QoS的需求， 決定是否共享CHB;6. WRAN-A基站701發(fā)送共享信道的響應(yīng)信息Rep一co-use-CHB707 從而確定是否參與CHB的帶寬共享；7. 如果WRAN-A系統(tǒng)允許可WRAN-B與其共享信道B， WRAN-A基 站701調(diào)度及分配相應(yīng)空閑頻段至WRAN-A和WRAN-B，并發(fā)送 帶寬分配控制信息Bandwidth allocationj:HB708至WRAN-B基站 702。
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)態(tài)跳頻無(wú)線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中的頻譜合作方法，包括步驟所有WRAN中的CPE進(jìn)行頻譜偵測(cè)并反饋相關(guān)的空閑信道信息至各自的控制基站；由高優(yōu)先級(jí)的WRAN決定處于頻譜碰撞狀態(tài)的WRAN系統(tǒng)的頻譜資源分配。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于首先檢測(cè)到空閑信道CHB 的WRAN具有高優(yōu)先級(jí)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于具有高優(yōu)先級(jí)的WRAN 首先在空閑信道CHB收發(fā)數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述頻譜資源分配包括 采用非正交的子載波分配或者是主交子載分配。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述頻譜資源分配時(shí)保 護(hù)間隔的寬度也隨子載波的類(lèi)型、WRAN之間的交迭區(qū)域面積以及發(fā)送 功率等多種因素共同決定。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述頻譜資源分配包括-當(dāng)具有高優(yōu)先級(jí)的WRAN收到另一個(gè)WRAN發(fā)送的共享信道CHB的請(qǐng)求信息和帶寬請(qǐng)求信息時(shí)，根據(jù)帶寬請(qǐng)求信息和自身系統(tǒng)對(duì)業(yè)務(wù)QoS 的需求決定是否共享信道CHB。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于如果具有高優(yōu)先級(jí)的 WRAN允許另一個(gè)WRAN與其共享信道CHB，則具有優(yōu)先級(jí)的WRAN基 站調(diào)度及分配相應(yīng)空閑頻段至具有優(yōu)先級(jí)的WRAN和另一個(gè)WRAN，并 發(fā)送帶寬分配控制信息至另一個(gè)WRAN基站。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于按下式分配具有優(yōu)先級(jí) 的WRAN的帶寬<formula>formula see original document page 2</formula>
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于按下式分配另一個(gè)WRAN 的帶寬-<formula>formula see original document page 3</formula>
全文摘要
一種動(dòng)態(tài)跳頻無(wú)線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中的頻譜合作方法，包括步驟所有WRAN中的CPE進(jìn)行頻譜偵測(cè)并反饋相關(guān)的空閑信道信息至各自的控制基站；由高優(yōu)先級(jí)的WRAN決定處于頻譜碰撞狀態(tài)的WRAN系統(tǒng)的頻譜資源分配。采用本發(fā)明中的頻譜合作方法來(lái)解決基于動(dòng)態(tài)跳頻的各交迭WRAN之間的頻譜碰撞問(wèn)題，從而有效地保證了各WRAN系統(tǒng)在保證各自QoS的同時(shí)有效避免了相鄰WRAN由于免費(fèi)空閑信道的缺乏所帶來(lái)的無(wú)線接入不可實(shí)現(xiàn)或延時(shí)較大等嚴(yán)重問(wèn)題。從而有效地提高了同一運(yùn)營(yíng)商在有效整合頻譜資源提高整個(gè)WRAN區(qū)域覆蓋范圍內(nèi)的通信質(zhì)量及可靠性。
文檔編號(hào)H04J13/00GK101296139SQ200710098048
公開(kāi)日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2007年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月26日
發(fā)明者梁宗闖, 程錦霞 申請(qǐng)人:北京三星通信技術(shù)研究有限公司;三星電子株式會(huì)社