專利名稱：由獨立用戶對網(wǎng)絡(luò)進行無線訪問的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由獨立用戶對網(wǎng)絡(luò)進行無線訪問的方法和系統(tǒng)，更具體但 非排他性地，涉及由未許可用戶對無線電頻鐠的許可部分的機會訪問。
背景技術(shù)：
大部分無線頻i普由政府進行許可，或分配給特定業(yè)務(wù)或用戶。因此， 由于頻譜的已分配部分已經(jīng)被占用，所以它們看起來對于其他人來說是不 可用的。然而，實際上，由于已分配的頻帶不總是由許可業(yè)務(wù)完全使用， 所以通常存在可用空間。
已經(jīng)提出通過以下方式實現(xiàn)無線頻鐠的更有效使用，即通過在通信設(shè) 備中包括一些智能以能夠識別使用中的和未使用的通信信道，然后由此選 擇未占用的一個通信信道用于通信會話。如果采用這個方式以允許未許可 的用戶使用未占用的許可信道(假設(shè)這樣不干擾應(yīng)該具有優(yōu)先權(quán)的許可使 用)，這樣可能特別有利。在Berkley大學的Brodersen等人于2OO4年7 月29日發(fā)表的"CORVUS: A Cognitive Radio Approach for Usage of Virtual Unlicensed Spectrum"白皮書中描述了這種方式。在通信設(shè)備中使 用智能的概念稱為"認知無線電"。Joseph Mitola給出認知無線電的一個 定義如下"術(shù)語認知無線電明確確定了以下方面，即無線個人數(shù)字助理 (PDA )和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)對于無線電資源和相關(guān)的計算機-計算機通信具有計算 上的足夠智能，以(a)根據(jù)用戶環(huán)境檢測用戶通信需求；以及(b)提供 最適合于那些需求的無線電資源和無線服務(wù)"。
當在認知無線電環(huán)境中用戶希望訪問網(wǎng)絡(luò)時，必須存在獲知用戶存在 的機制。為用戶發(fā)現(xiàn)所提出的一個方法提議使用現(xiàn)有^i^出網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)，例如蜂窩無線接入網(wǎng)，其提供在地理區(qū)域上的大^L4莫覆蓋。用戶經(jīng)由1^出網(wǎng) 絡(luò)得到信息，使其能夠識別和實現(xiàn)對例如能夠連接至另一網(wǎng)絡(luò)的本地節(jié)點 的訪問。例如，可通過接收和發(fā)送互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)消息來訪問由蜂窩網(wǎng) 絡(luò)提供商提供的中心式數(shù)據(jù)庫。盡管這個提議很好地使用了現(xiàn)有的遺留架 構(gòu)，但是這個方案在頻鐠利用上并不是最有效的也不是成本最有效的長期 方案。
在另一方法中，提議可使用全局預留的無線電頻帶(radio band), 以作為用戶發(fā)現(xiàn)協(xié)議的通道。協(xié)議和全局無線電頻帶的組合能夠發(fā)現(xiàn)新的 用戶。然而，用于用戶發(fā)現(xiàn)的無線電頻鐠的預留是內(nèi)部無效的。這需要在 空間上和時間上都全局預留該帶寬。此外，這需要頻鐠監(jiān)察機構(gòu)達成關(guān)于 預留頻帶(frequency band)的國際協(xié)定。此外，這將對調(diào)制解調(diào)器結(jié)構(gòu) 增加用于支持普遍限定的無線電頻帶的不必要的需求。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面， 一種由獨立用戶對網(wǎng)絡(luò)進行無線訪問的方法， 包括所述獨立用戶發(fā)射無線信號，以在未知節(jié)點生成干擾。在由所述未知 節(jié)點檢測到該干擾時，為所述獨立用戶安排對所述網(wǎng)絡(luò)的訪問。所述網(wǎng)絡(luò) 可以是互聯(lián)網(wǎng)、或某些其他網(wǎng)絡(luò)，例如傳感器網(wǎng)絡(luò)。例如在局域網(wǎng)中，節(jié) 點可以是網(wǎng)絡(luò)單元，或比如說移動用戶終端。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，該未知節(jié)點可以是節(jié)點組的成員，該組中的 至少一個成員對網(wǎng)絡(luò)進行訪問。對網(wǎng)絡(luò)進行訪問的該節(jié)點組可僅包括一個 節(jié)點。可選地，該節(jié)點組可以包括可互連的多個節(jié)點。
在才艮據(jù)本發(fā)明的另 一方法中，所述獨立用戶和所述未知節(jié)點共同限定 網(wǎng)絡(luò)，所述網(wǎng)絡(luò)在由所述未知節(jié)點檢測到干擾之后被限定。
在根據(jù)本發(fā)明的一個方法中，提供了對獨立用戶的發(fā)現(xiàn)，從而用戶可 隨后試圖訪問網(wǎng)絡(luò)。該方法特別適合于獨立用戶是希望利用對無線頻鐠的 許可部分進行機會訪問的非許可用戶的情況，但是該方法還可用于獨立用 戶和可用頻語之一或兩者的許可狀態(tài)不重要的其他環(huán)境中。由于獨立用戶不知道未知節(jié)點的存在并且不向特定節(jié)點發(fā)送信號，所以信號在那里用于 生成干擾的節(jié)點稱為未知節(jié)點。
該方法允許先前不知道現(xiàn)有通信或其他節(jié)點的位置的獨立用戶發(fā)現(xiàn)。 獨立用戶(在本i兌明中還稱為獨立節(jié)點)發(fā)射信號以提醒其他節(jié)點他的存 在。如果其他節(jié)點正在通信，則信號傳輸可引起干擾，提醒這些節(jié)點獨立 節(jié)點或用戶的存在?？赏ㄟ^不包括在當前通信會話中但是處于偵聽模式下 的節(jié)點來檢測干擾。
本發(fā)明實現(xiàn)了不必發(fā)送與頻率需求或傳輸功率相關(guān)的信息來實現(xiàn)獨立 用戶的發(fā)現(xiàn)。如果未知節(jié)點檢測到干擾并發(fā)送獨立用戶可檢測的響應(yīng)，則 隱含地使用適合的頻帶進行可能的通信。因此，不需要執(zhí)行單純用于建立 通信的特定接收和發(fā)射無線電鏈。對于對成本極度敏感的應(yīng)用(例如傳感 器網(wǎng)絡(luò))來說，這個特別重要。類似地，如果傳輸?shù)燃壸銐蚋咭允沟梦粗?節(jié)點知道獨立用戶，則獨立用戶將僅接收對干擾信號的響應(yīng)。因此，傳輸 功率不需要按諸如標準來固定。
可以以漸漸增大的傳輸強度發(fā)射信號。因此，如果節(jié)點由于處于獨立 用戶以較低功率發(fā)射的信號的范圍外而沒有實現(xiàn)用戶發(fā)現(xiàn)，則信號可以通 過連續(xù)增高的等級重發(fā)，直到從節(jié)點接收到響應(yīng)。如果存在能夠以較低信 號功率檢測到用戶存在的適合節(jié)點，則這個技術(shù)可降低在其他節(jié)點處由該 信號引起的干擾。該信號可以是一系列信號傳輸或連續(xù)信號。
在使用根據(jù)本發(fā)明的方法進行用戶發(fā)現(xiàn)之前，獨立用戶可以不連接至 任意其他用戶或節(jié)點。然而，可選地，獨立用戶可以與另一用戶或節(jié)點或 幾個用戶或節(jié)點互連，并且在使用根據(jù)本發(fā)明的方法進行用戶發(fā)現(xiàn)之前， 如果獨立用戶沒有用于訪問網(wǎng)絡(luò)的裝置，則其仍舊,皮限定為獨立用戶。獨 立用戶可以是能夠發(fā)射信號以產(chǎn)生干擾的任意設(shè)備。例如，獨立用戶可以 是移動用戶終端或包括在局域網(wǎng)的一部分中的固定單元。
在未知節(jié)點檢測到干擾時，可以建立到所述網(wǎng)絡(luò)的第一臨時鏈路，以 及隨后建立比所述臨時鏈路更加接近滿足所述獨立用戶的需求的到所述網(wǎng) 絡(luò)的另外的鏈路。因此，該臨時鏈路可便于建立具有某種期望特征的另一鏈路。如果到網(wǎng)絡(luò)的幾個連接路徑期望用于獨立用戶(例如保證到網(wǎng)絡(luò)的 魯棒性連接)，則可在獨立用戶和多個節(jié)點之間同時建立多個鏈路。
在根據(jù)本發(fā)明的一個方法中，獨立用戶以其發(fā)射頻帶的可變頻帶來發(fā) 射信號。獨立用戶可重復地通過其發(fā)射頻帶，來發(fā)射窄帶信號。與發(fā)射并 行地，或與一系列發(fā)射信號進行交織地，獨立用戶可偵聽來自節(jié)點的響應(yīng)。 當接收到這種響應(yīng)時，在獨立用戶和響應(yīng)節(jié)點之間建立鏈路，便于獨立用 戶訪問網(wǎng)絡(luò)。
在根據(jù)本發(fā)明的另一方法中，信號是定向的。方向可以是固定或可控 的。定向信號^f吏得空間干擾局部化，并且還可用于獨立用戶希望在特定空 間位置建立與節(jié)點的鏈路的情況。
根據(jù)本發(fā)明的方法可涉及以下多于一個的組合功率改變、頻率改變、 和信號方向改變。
由獨立用戶發(fā)射的信號可包括與獨立用戶的接收器特征相關(guān)的信息， 并且當未知節(jié)點檢測到干擾時，未知節(jié)點建立包含在該信號中的接收器特 征信息、干擾發(fā)生的時間、及其頻帶，以使其能夠響應(yīng)于獨立用戶。該信 號可包括與獨立用戶相關(guān)的標識符。
例如如果需要^f吏用BPSK、 QPSK、 16QAM或某些其他方案來實現(xiàn)與 獨立用戶的通信，該信號可包括調(diào)制方案信息。
該信號可包括用于識別哪些多訪問方案對獨立用戶為可用的信息。例 如，獨立用戶能夠使用TDMA、 CDMA、 FDMA技術(shù)或某些其他適合實 現(xiàn)中的 一個或多個來進行通信。
在才艮據(jù)本發(fā)明的另 一方法中，通過可應(yīng)用于系統(tǒng)來實現(xiàn)該方法的標準 來限定調(diào)制方案和多訪問方案的類型中的至少一個。這個信息還可附加地 包括在發(fā)射信號中。
在才艮據(jù)本發(fā)明的方法中，在由未知節(jié)點檢測到干擾時，該未知節(jié)點請 求第二未知節(jié)點對獨立用戶進行響應(yīng)。這些未知節(jié)點可以連接至節(jié)點組的 成員。然后，在獨立用戶和第二未知節(jié)點之間建立鏈路，以《更于訪問網(wǎng)絡(luò)。
如果例如在連接節(jié)點的相同組或不同組中的多于一個未知節(jié)點檢測到由該信號提供的干擾，則可為獨立用戶執(zhí)行協(xié)商以選擇到網(wǎng)絡(luò)的鏈路。該 協(xié)商可考慮獨立用戶的需求和/或節(jié)點的需求或節(jié)點所屬的組的需求。該未 知節(jié)點檢測到干擾可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)其對獨立用戶的接收容量進行共享訪 問。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，通信系統(tǒng)包括連接節(jié)點的多個組，每個組中 的至少 一個成員對共同網(wǎng)絡(luò)進行訪問。每個組中的至少 一個成員包_^檢測
器，用于檢測由需要訪問網(wǎng)絡(luò)的獨立用戶發(fā)射的信號引起的干擾，以及檢 測能夠在獨立用戶和網(wǎng)絡(luò)之間建立的鏈路的獨立用戶的特征。


現(xiàn)在，僅通過實例并參照附圖，將描述根據(jù)本發(fā)明的一些方法和實施
例，其中
圖l示意性示出根據(jù)本發(fā)明的通信系統(tǒng)；以及
圖2是關(guān)于重疊^頻帶的說明性示圖3是在圖1所示的通信系統(tǒng)中關(guān)于信號傳輸?shù)恼f明性示圖4是關(guān)于圖l所示的通信系統(tǒng)的操作的另一說明性示圖5是關(guān)于圖l所示的通信系統(tǒng)的操作的另一說明性示圖；以及
圖6 (a)和(b)示意性示出才艮據(jù)本發(fā)明的另一通信系統(tǒng)。
M實施方式
參照圖1，獨立用戶(或獨立節(jié)點)l需要訪問互聯(lián)網(wǎng)(用2代表)， 但是還沒有訪問它。此外，獨立節(jié)點1先前不知道任意其他現(xiàn)有節(jié)點或連 接節(jié)點的組，并且不存在它可在上面與其他節(jié)點聯(lián)系以旨在獲得所需訪問 的全局通信信道。
用戶傾向于聚集到通信組或"泡"(bubble)中。當泡訪問互聯(lián)網(wǎng)(IP) "云，，時，泡經(jīng)由共享數(shù)據(jù)庫聲明他的存在。該共享數(shù)據(jù)庫用于低速目的， 例如用于幫助發(fā)現(xiàn)切換、泡間功率控制反饋和信道使用協(xié)商。當泡沒有訪 問IP云時，它的存在對于其他用戶是未知的，稱為"未聲明"。在圖1
7所示的系統(tǒng)中，除了獨立用戶l之外，存在2個聲明的泡3和4 (其每個 分別包括多個互連節(jié)點5和6 )和1個未聲明的泡7 (其包括多個互連用戶 或節(jié)點8)以及聲明的泡9 (其僅包括一個用戶10)。
為了啟動用戶發(fā)現(xiàn)，獨立用戶1有意地發(fā)射信號，以在存在于信號范 圍內(nèi)的任意泡處生成干擾，并由此試圖對泡中包括的未知節(jié)點聲明其存在。 獨立節(jié)點1所支持的傳輸頻帶僅隱含地告知在該頻帶上進行偵聽的那些節(jié) 點。作為說明，圖2示出屬于2個節(jié)點A和B的射頻通信信道的排列。發(fā) 射TX和接收RX帶寬重疊使得雙向通信成為可能。如果不存在收發(fā)頻率 的重疊，則雙工通信是不可能的。因此，避免了在獨立用戶1不能與之通 信的節(jié)點的干擾，并且受到干擾的任意節(jié)點隱含地知道在響應(yīng)中要使用哪 些頻帶。
如圖3所示，獨立用戶1重復地通過發(fā)射帶寬，以不同頻率fl至fn 來發(fā)射窄帶信號。發(fā)射信號包含獨立用戶l的接收器特征，包括在通過節(jié) 點向獨立用戶1發(fā)送的任意響應(yīng)中其所需的調(diào)制方案和編碼方案的相關(guān)信 息。與發(fā)射并行地，獨立用戶1在其接收路徑上來偵聽響應(yīng)，該響應(yīng)指示 已經(jīng)向未知節(jié)點提醒了其存在。
此外，如圖4所示，獨立用戶1對該發(fā)射帶寬的每次通過的傳輸功率 大于之前的通過的傳輸功率，直到達到最大傳輸功率。中心點代表獨立節(jié) 點1，同心圓11代表可以接M射信號的邊界，每個圓代表特定功率等級。 如果在多個泡中的一個的,皮提醒的未知節(jié)點適時地響應(yīng)，則這個方式的傳 輸功率的遞增變化導致空間上的局部干擾。
此外，如圖5所示，也可以通過^f吏用可控天線4支術(shù)以特定方向(而非 全方位)發(fā)射發(fā)射信號12來集中空間干擾。發(fā)射信號的方向提供另一形式 的隱含選擇。例如，獨立用戶l可以是希望與在特定空間位置的未知節(jié)點 建立鏈路的傳感器節(jié)點。方向可以固定，也可以如箭頭所示地繞圓擺動。
當通信泡中的一個或多個用戶檢測到獨立用戶的存在時，可將該泡描 述為"聽到，，獨立用戶。例如，可通過在節(jié)點的接收信道中檢測周期性尖 峰(spike)來實現(xiàn)該檢測。在圖l所示的實例中，如先前所述的那樣，獨立用戶l發(fā)射信號，而
在一個組4中的節(jié)點6，和6"、組3中的節(jié)點5'和組7中的節(jié)點8，檢測到 由該信號生成的千擾。因為節(jié)點8，是未聲明的，并且不連接至網(wǎng)絡(luò)2，所 以他不響應(yīng)于獨立用戶1。
節(jié)點6，檢測到獨立用戶1的存在，并向與其連接的節(jié)點6"發(fā)送信息， 節(jié)點6，，具有與網(wǎng)絡(luò)2更加直接的連接。然后，節(jié)點6，，向獨立用戶1發(fā)送 響應(yīng)，在獨立用戶l接收到該響應(yīng)時在他們之間建立第一鏈路。此外，節(jié) 點5，也建立與獨立用戶1的第二鏈路。節(jié)點6，，是許可用戶，從而在與網(wǎng)絡(luò) 2通信時能夠4吏用無線頻鐠的許可部分。
初始鏈路能夠在獨立用戶1與節(jié)點5，和6"之間交換無線電性能(radio capabilities )和服務(wù)需求。節(jié)點5，和6"經(jīng)由IP云2對其共享訪問獨立用 戶l的干擾頻帶進行協(xié)調(diào)。與低計算復雜性的空中接口物理層聯(lián)系的標準 協(xié)議形成初始通信鏈路，例如具有BPSK調(diào)制的巻積FEC。這種低比特率 雙工鏈路用于傳送獨立用戶1的無線電性能，并且為節(jié)點5，和6"通過提供 服務(wù)進行響應(yīng)。
在招標投標(bid-offer)處理中的下一個階段是為獨立用戶使用招標 投標過程建立更加適合的通信鏈路，以代替初始鏈路。在接受報價時，獨 立用戶1成為成功節(jié)點所屬的聲明的泡的正式成員。然后，獨立用戶l建 立與泡的其他成員的完全通信鏈路(fullcommimicationlink),以適用于
他們的物理層參數(shù)和介質(zhì)訪問控制。
在單工無線電的情況下，不可能同時偵聽和發(fā)射。為此，獨立節(jié)點的 發(fā)射和接收以明確限定的方式進行時間交織。在成功引入干擾時，凈皮提醒 的節(jié)點從接收信號的內(nèi)容知道發(fā)生的時間、發(fā)生的頻帶和獨立節(jié)點的RX 性能。通過使用這個信息以及用于描述交織模式的明確限定的協(xié)議，被提 醒的節(jié)點可計算獨立節(jié)點何時在每個頻帶上進行偵聽。然后，被提醒的節(jié) 點可以調(diào)度其響應(yīng)。
參照圖6 (a)，獨立節(jié)點13發(fā)射無線信號，以確定哪些其他節(jié)點在 其范圍內(nèi)以及哪些可與其連接一起來限定網(wǎng)絡(luò)。在發(fā)射該信號時，通過未知節(jié)點14、 15和16來檢測該信號。在這個實施例中，需要在獨立節(jié)點13 和多個未知節(jié)點之間進行互連來建立足夠大的網(wǎng)絡(luò)。如圖6(b)所示，在 建立獨立節(jié)點13和未知節(jié)點14、 15和16之間的鏈路之后，獨立節(jié)點訪問 由此創(chuàng)建的網(wǎng)絡(luò)17。然后，其他節(jié)點18和19可通過自己發(fā)射信號而旨在 在未知節(jié)點處生成干擾來加入網(wǎng)絡(luò)17。
在不脫離本發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可通過其他特定 形式實現(xiàn)，以及可通過其他方法執(zhí)行。所述實施例和方法在所有方面中都 僅被認為是示例性的，而非限制性。因此，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求 指定，而并非由先前描述指定。在權(quán)利要求的等同物的含義和范圍內(nèi)所進 行的所有改變都包括在其范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種由獨立用戶對網(wǎng)絡(luò)進行無線訪問的方法，包括以下步驟所述獨立用戶發(fā)射無線信號，以在未知節(jié)點生成干擾；以及在由所述未知節(jié)點檢測到這個干擾時，為所述獨立用戶安排對所述網(wǎng)絡(luò)的訪問。
2. 如權(quán)利要求l的方法，還包括以下步驟 以漸漸增大的傳輸強M射所述信號。
3. 如權(quán)利要求l的方法，還包括以下步驟如果多于一個未知節(jié)點檢測到所述干擾，則執(zhí)行協(xié)商以選擇到網(wǎng)絡(luò)的 鏈路。
4. 如權(quán)利要求3的方法，其中檢測到所述干擾的未知節(jié)點經(jīng)由所述 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)其對所述獨立用戶的接收容量的共享訪問。
5. 如權(quán)利要求l的方法，其中所述信號包括調(diào)制方案信息。
6. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述信號包括用于識別哪些多訪問方 案對于所述獨立用戶為可用的信息。
7. 如權(quán)利要求l的方法，包括以下步驟建立到所述網(wǎng)絡(luò)的第 一臨時鏈路，以及隨后建立比所述臨時鏈路更加 接近滿足所述獨立用戶的需求的到所述網(wǎng)絡(luò)的鏈路。
8. 如權(quán)利要求l的方法，包括以下步驟所述獨立用戶發(fā)射一系列信號，并且處于在所述系列中包括的信號之 間的偵聽模式下，以偵聽對所發(fā)射信號的響應(yīng)。
9. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述獨立用戶和所述未知節(jié)點共同限 定網(wǎng)絡(luò)，所述網(wǎng)絡(luò)在由所述未知節(jié)點檢測到所述干擾之后凈皮限定。
10. 如權(quán)利要求9的方法，其中在多于一個未知節(jié)點檢測到所述干擾 時，所述網(wǎng)絡(luò)包括所述獨立用戶和多個未知節(jié)點。
全文摘要
由獨立用戶對網(wǎng)(2)進行無線訪問包括獨立用戶(1)發(fā)射無線信號以在訪問網(wǎng)絡(luò)(2)的節(jié)點(3、4和9)的組中包括的節(jié)點處生成干擾。在由一個組中的成員檢測到干擾時，在獨立用戶(1)和組的成員之間建立鏈路，并為獨立用戶(1)安排對網(wǎng)絡(luò)2進行訪問。在一個方法中，獨立用戶是未許可的，并經(jīng)由無線頻譜的許可部分試圖對網(wǎng)絡(luò)進行訪問。
文檔編號H04W84/18GK101523960SQ200780036371
公開日2009年9月2日 申請日期2007年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月28日
發(fā)明者I·O·肯尼迪 申請人:朗訊科技公司