專利名稱：適合多系統(tǒng)共存的動態(tài)無線頻譜共享方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在非授權(quán)頻段內(nèi)，無中心的多系統(tǒng)遵循預設(shè)的方法，動態(tài)地共享無線頻譜，來滿足各自進行有效通信的條件。
背景技術(shù)：
近年來，隨著無線通信業(yè)務(wù)需求的快速增長，尤其像無線個人域網(wǎng)(WRAN)、無線局域網(wǎng)(WLAN)和無線城域網(wǎng)(WMAN)這些寬帶無線通信應(yīng)用的興起，使可用頻譜資源變得越來越緊張。因此，各種用以提高無線頻譜效率的無線通信技術(shù)得到了廣泛的研究。目前無線電管理機構(gòu)所采用的頻譜分配置度是固定頻帶分配的原則，將頻譜分為兩個部分，授權(quán)頻段與非授權(quán)頻段。其中授權(quán)頻段占據(jù)了大部分的頻譜，如電視廣播頻段，而非授權(quán)頻段的可用頻譜資源卻少之又少。隨著工作于非授權(quán)頻段的新興無線通信技術(shù)的高速發(fā)展，非授權(quán)頻段的頻譜已趨于飽和。有若干種方法用于確保無線電頻譜內(nèi)給定頻帶被有效地共享。一般而言，當兩個無線電頻率裝置同一時刻在同一或有重疊的頻帶上發(fā)射時，發(fā)射會相互干擾。例如，如果一個無線電接收器正在試圖從一無線裝置接收發(fā)射，假如在該無線電接收器的天線上感應(yīng)出的信號電平與減損電平相比足夠大的話，接收即是成功的。減損可以是熱生成噪聲、來自信道的非理想化特征的信號失真、或由在同一頻帶上或在接近的頻帶上發(fā)送的其他裝置生成的干擾。由其他裝置引起的減損被稱為干擾。一般而言，如果從無線裝置接收的信號與所有干擾源之比保持在某一可接受水平或之上，則可以給定的概率來成功接收信號。該比值通常被稱為載干比(CIR)。為確保保持可接受的CIR，無線協(xié)議和標準通常將無線電頻譜劃分成若干信道。為確保高的CIR，與給定裝置相對臨近的發(fā)射裝置在不同的信道上發(fā)射。由于在無線電頻譜的任一頻帶內(nèi)僅有有限個信道可用，當發(fā)射裝置超出可用信道數(shù)時，信道被重復使用。例如，如果一個信道由無線裝置共享，將會對由裝置發(fā)射時的信號的接受生成某種水平的干擾。無線裝置在同一頻帶上接受的干擾電平可通過對無線電頻譜的頻帶創(chuàng)建信道來很大程度地降低。干擾電平的降低使得整個系統(tǒng)保持較高的CHR和較高的期望信號成功接收概率。在最近的消費者級無線設(shè)備的蓬勃發(fā)展之前，頻率共享很大程度上通過有諸如美國通信委員會(FCC)等管理機構(gòu)緊密控制無線電發(fā)射裝置來實現(xiàn)的。這一級別的控制在當發(fā)射器在數(shù)量上較少并容易檢測時能較好地起作用，譬如對于廣播電臺和電視臺發(fā)射器的情況。有FCC控制的信道化的一個簡單的示例是甚高頻(VHF)電視發(fā)射。FCC強制推行一種將全國劃分成地理區(qū)域的發(fā)射標準。盡管頻譜被劃分成信道2-13，然而在給定的地理區(qū)域中，僅適用奇數(shù)或偶數(shù)信道。如果在一個區(qū)域中適用了偶數(shù)信道，則奇數(shù)信道將在相鄰區(qū)域中使用。由此，確保了最接近給定區(qū)域的發(fā)射器在不同信道上，并且使用同一頻率的最接近的發(fā)射器將自然地相隔較遠，由此產(chǎn)生更少的干擾。
以上控制方法控制發(fā)射裝置在當發(fā)射器是通過管理機構(gòu)許可并且在數(shù)量上較少時能較好地起作用。然而，無線和非許可消費者設(shè)備的大量增長在數(shù)量上是巨大的，并且不需要許可。期望無線裝置和網(wǎng)絡(luò)能在非授權(quán)頻段內(nèi)利用信道化和及其所產(chǎn)生的干擾降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適合多系統(tǒng)共存的動態(tài)無線頻譜共享方法，能有效解決在非授權(quán)頻段內(nèi)，無中心的多系統(tǒng)根據(jù)本發(fā)明所設(shè)定的方法，接入合適的頻段，可以增大自身的發(fā)射功率，但和潛在干擾信號的功率之和必須小于所述預定方法中規(guī)定的閾值。當系統(tǒng)業(yè)務(wù)量增加時，可以適當?shù)卦龃笏嫉念l譜帶寬，但和相鄰頻譜之間的保護帶寬GBW不能小于預設(shè)方法中規(guī)定的最小保護帶寬。若業(yè)務(wù)量持續(xù)增大，所需帶寬不斷增加，保護帶寬此時已經(jīng)小于預設(shè)方法中規(guī)定的迫動性保護帶寬MoveGBW，這時各個系統(tǒng)根據(jù)預設(shè)的方法， 動態(tài)地調(diào)整自己所占的頻帶位置，在滿足自己所需頻帶的同時，使得保護帶寬GBW盡量大于迫動性保護帶寬MoveGBW。如果各個系統(tǒng)調(diào)整之后，系統(tǒng)的保護帶寬GBW仍小于迫動性保護帶寬MoveGBW，但系統(tǒng)仍需擴展帶寬，可以容許該系統(tǒng)繼續(xù)擴展帶寬，但保護帶寬GBW必須大于等于最小保護帶寬MinGBW。當系統(tǒng)帶寬擴展至使得保護帶寬GBW等于最小保護帶寬 MinGBff,系統(tǒng)停止擴展帶寬，之后隨著各個系統(tǒng)再次調(diào)整頻譜狀況，使得該系統(tǒng)的保護帶寬增大，隨后該系統(tǒng)才能進行頻譜移動和擴展。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種適合多系統(tǒng)共存的動態(tài)無線頻譜共享方法，包括如下步驟(1)當一個系統(tǒng)將要進行通信并需要接入頻譜時，探測所處區(qū)域的頻譜使用狀況， 根據(jù)預設(shè)的方法和自身業(yè)務(wù)量的大小，選擇合適的頻帶接入，同時各個頻段之間必須保留足夠的保護帶寬，以避免有害干擾；(2)接入到頻譜之后，各個系統(tǒng)根據(jù)信道狀況和自身業(yè)務(wù)量的大小調(diào)整自己的發(fā)射功率和占用的帶寬；(3)由于系統(tǒng)業(yè)務(wù)量的增大，系統(tǒng)所占帶寬擴張，造成保護帶寬的減小，各個系統(tǒng)能夠自動調(diào)整頻譜使其朝向空閑頻譜的方向移動，來滿足各自需要的帶寬以及保護帶寬。經(jīng)過驗證，本發(fā)明提供的動態(tài)共享頻譜方法能夠使多系統(tǒng)很好的共享無線頻譜 (詳細過程見具體實施過程)。在本發(fā)明的一個實施例中，所述步驟(1)具體為(21)根據(jù)預設(shè)的方法，已接入頻譜的各個系統(tǒng)周期性的廣播自己的頻譜使用信息；(22)根據(jù)預設(shè)的方法，將要接入頻譜的系統(tǒng)發(fā)送頻譜請求，收集已經(jīng)接入頻譜的各個系統(tǒng)的頻譜使用信息；(23)根據(jù)預設(shè)的方法，不需要接入頻譜的系統(tǒng)保持沉默；(24)根據(jù)預設(shè)的方法，申請接入頻譜的系統(tǒng)根據(jù)收集到的信息得到一份頻譜使用圖，根據(jù)此圖系統(tǒng)以及自身所需的帶寬，選擇合適的頻帶接入。(25)根據(jù)預設(shè)的方法，系統(tǒng)選擇接入的頻帶和相鄰系統(tǒng)占用頻帶之間的保護帶寬 (GBff)應(yīng)該大于迫動性保護帶寬(MoveGBW)。在本發(fā)明的一個實施例中，所述步驟04)具體為
(31)根據(jù)預設(shè)的方法，是否在某頻段發(fā)射信號，需要將收集到的其他系統(tǒng)的發(fā)射功率信息(可將其他系統(tǒng)當做潛在的干擾信號)，和預設(shè)方法規(guī)定的某一閥值進行比較；(32)所述的閾值是預設(shè)方法中的一個函數(shù)；(33)根據(jù)預設(shè)的方法，如果所述潛在干擾信號的功率電平低于所述閥值電平，則所述系統(tǒng)在此無線信道上發(fā)射信號；(34)根據(jù)預設(shè)的方法，如果所述潛在干擾信號的功率電平高于所述閥值電平，則所述系統(tǒng)需要切換信道來發(fā)射信號；在本發(fā)明的一個實施例中，所述步驟(2)具體為(41)系統(tǒng)成功接入到頻譜之后，為了提高信噪比SNR，系統(tǒng)會增加發(fā)射功率，這時需要將干擾信號的功率和發(fā)射功率之和同步驟Gl)中所述的閾值進行比較，增大發(fā)射功率直到接近于閾值電平；(42)系統(tǒng)成功接入到頻譜之后，當業(yè)務(wù)數(shù)量增加時，系統(tǒng)所占頻譜的帶寬需隨之增加，可能會造成保護帶寬的減小，直到預設(shè)方法規(guī)定的最小保護帶寬MinGBW ；在本發(fā)明的一個實施例中，所述步驟(3)具體為(51)由于系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求量的增大，所占帶寬不斷增加，和相鄰頻譜之間的保護帶寬就會減小到協(xié)議規(guī)定的最小保護帶寬；(52)保護帶寬過小，對系統(tǒng)的有害干擾會很大，需要調(diào)整各個系統(tǒng)的頻譜使用情況；(53)由于各個系統(tǒng)是一個無中心的拓撲網(wǎng)絡(luò)，各個系統(tǒng)就需要根據(jù)預設(shè)的方法， 動態(tài)地調(diào)整頻譜使用狀況，使得各個系統(tǒng)之間留有足夠的保護帶寬。


圖1為多系統(tǒng)共存的動態(tài)無線頻譜共享方法的流程圖；圖2為保護帶寬，迫動性保護帶寬以及最小保護帶寬的示意圖；圖3為系統(tǒng)動態(tài)接入頻譜并得到所需頻帶的流程圖；圖4為系統(tǒng)擴展，減小帶寬以及移動頻帶的示意圖；圖5為系統(tǒng)調(diào)整各自頻譜的流程圖。
具體實施例方式為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的詳細描述。圖1是本發(fā)明一種適合多系統(tǒng)共存的動態(tài)無線頻譜共享的方法的主要步驟的說明；圖2是針對圖1的步驟1中的系統(tǒng)接入頻譜所需保護帶寬的說明，以及圖1的步驟2和步驟3中系統(tǒng)調(diào)整頻帶所需的保護帶寬的說明；圖3是針對圖1的步驟1中的系統(tǒng)如何接入頻譜，并接入合適頻帶的說明；圖4是針對圖1的步驟2和步驟3中的系統(tǒng)可能進行的擴展，減小以及移動頻帶的各種行為的說明；圖5是針對圖1步驟3中的系統(tǒng)如何動態(tài)調(diào)整各自頻譜位置的說明。參考圖1，本發(fā)明一種適合多系統(tǒng)共存的動態(tài)無線頻譜共享的方法，主要包括如下步驟
步驟1，當一個系統(tǒng)將要進行通信并需要接入頻譜時，探測所處區(qū)域的頻譜使用狀況，根據(jù)預設(shè)的方法和自身業(yè)務(wù)量的大小，選擇合適的頻帶接入，同時各個頻段之間必須保留足夠的保護帶寬，以避免有害干擾；步驟2，接入到頻譜之后，各個系統(tǒng)根據(jù)信道狀況和自身業(yè)務(wù)量的大小調(diào)整自己的發(fā)射功率和占用的帶寬；步驟3，由于系統(tǒng)業(yè)務(wù)量的增大，系統(tǒng)所占帶寬擴張，造成保護帶寬的減小，各個系統(tǒng)能夠自動調(diào)整頻譜使其朝向空閑頻譜的方向移動，來滿足各自需要的帶寬以及保護帶
覓ο圖2詳細說明了圖1中系統(tǒng)所需的保護帶寬GBW和迫動性保護帶寬MoveGBW以及最小保護帶寬MinGBW的關(guān)系。圖3詳細說明了圖1的步驟1中的系統(tǒng)如何選擇合適的頻帶接入，包括如下步驟步驟1，已經(jīng)接入頻譜的系統(tǒng)周期性地發(fā)射自己頻譜使用信息，比如用戶ID，頻帶使用情況，發(fā)射功率等等；步驟2，將要接入頻譜的系統(tǒng)發(fā)射自己接入頻譜的信息，包括所需的帶寬，所需的保護帶寬大小，以及發(fā)射功率等等；步驟3，將要接入頻譜的系統(tǒng)收集已接入頻譜的系統(tǒng)發(fā)射的頻譜使用信息，將幾個空閑的頻帶作為候選集(1)；步驟4，將要接入頻譜的系統(tǒng)根據(jù)自己的業(yè)務(wù)量確定自己所需的帶寬以及保護帶寬的大小，從步驟3中的頻帶候選集(1)中選擇合適的頻帶；步驟5，假定將要接入頻譜的系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務(wù)量確定所需的帶寬為W，保護帶寬 GBff彡MoveGBff,其中MoveGBW為系統(tǒng)的迫動性保護帶寬。根據(jù)這些條件，得到一個候選頻帶集⑵；步驟6，在候選頻帶集O)中，在各個候選頻段計算自己發(fā)射功率和干擾信號的功率之和P ；步驟7，將步驟6中的功率之和P同預設(shè)方法中規(guī)定的閾值PO比較，如果在某個頻段內(nèi)的P >P0，則可以將這個頻段從候選頻段集O)中刪除。步驟8，將經(jīng)過步驟7刪選過的頻段稱為候選頻段集( ，在這個候選頻段集(3) 中的頻段都是可以使用的。在這些頻段中選擇那些所占帶寬大，保護帶寬充足的，以及容許更大的發(fā)射功率的頻帶作為接入的頻帶。圖4詳細說明圖1的步驟2和步驟3的中系統(tǒng)可能進行的擴展，減小帶寬以及移動頻帶的各種行為。圖5詳細說明圖1的步驟3中的系統(tǒng)如何調(diào)整自己的頻譜，包括如下步驟步驟1，系統(tǒng)接入到頻譜之后，周期性地廣播自己的頻譜使用信息；步驟2，隨著系統(tǒng)業(yè)務(wù)量的增大，所需的帶寬也需增大。這時，系統(tǒng)周期性地廣播自己需要增大多少帶寬；步驟3，系統(tǒng)業(yè)務(wù)量減小的時候，所占的帶寬也需要相應(yīng)的減??；步驟4，系統(tǒng)增大帶寬，有兩種可能的情況(1)單方向的增大帶寬(即朝一個方向增大帶寬)；( 雙方向增大帶寬(即兩個方向一起增大帶寬)；步驟5，系統(tǒng)減小帶寬，有兩種可能的情況⑴單方向的減小帶寬(即朝一個方向減小帶寬)；(2)雙方向減小帶寬(即兩個方向一起減小帶寬)；步驟6，對于步驟3中的(1)單方向的增大帶寬，會造成增大方向的保護帶寬減小。步驟7，如果系統(tǒng)擴展帶寬之后的保護帶寬GBW仍大于等于迫動性保護帶寬 MoveGBW，則它和相鄰系統(tǒng)的頻譜不需要調(diào)整。步驟8，若系統(tǒng)擴展帶寬之后的保護帶寬GBW小于迫動性保護帶寬MoveGBW，但大于最小保護帶寬MinGBW。和它相鄰的系統(tǒng)能夠自動地調(diào)整各自的頻譜位置，使得該系統(tǒng)的 GBff能夠大于等于MoveGBW。步驟9，如果各個系統(tǒng)調(diào)整頻譜位置之后仍無法滿足GBW ^ MoveGBW,但系統(tǒng)仍需要增大帶寬。此時，可容許系統(tǒng)繼續(xù)增大帶寬，但必須保證GBW彡MinGBW。當GBW = MinGBff 時，禁止系統(tǒng)增大帶寬。之后隨著各個系統(tǒng)再次調(diào)整頻譜狀態(tài)，該系統(tǒng)可以進行頻譜移動和擴展。步驟10，對于步驟3中的(2)雙方向的增大帶寬，可能會造成兩個方向上的保護帶寬減小。此時可根據(jù)單方向增大帶寬的步驟6—步驟9，系統(tǒng)可以進行相應(yīng)的頻譜調(diào)整。步驟11，對于步驟3中的系統(tǒng)，由于業(yè)務(wù)量的減小，系統(tǒng)所占用的帶寬單方向或雙方向地減小，該系統(tǒng)和相鄰系統(tǒng)之間的保護帶寬會增大，并且GBW ^ MoveGBW。其他的系統(tǒng)隨后可以根據(jù)頻譜狀況以及自身的頻譜要求調(diào)整各自占有的頻帶。如此這樣動態(tài)調(diào)整，直到各個系統(tǒng)均滿足自己的性能要求。以上所述，僅是用以說明本發(fā)明的具體實施案例而已，并非用以限定本發(fā)明的可實施范圍，舉凡本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員在未脫離本發(fā)明所指示的精神與原理下所完成的一切等效改變或修飾，仍應(yīng)由本發(fā)明權(quán)利要求的范圍所覆蓋。
權(quán)利要求
1.一種適合多系統(tǒng)共存的動態(tài)無線頻譜共享方法，其特征在于包括以下步驟 步驟一、檢測判斷系統(tǒng)是否要進行通信并需要接入頻譜，如果是，進入步驟二； 步驟二、探測所處區(qū)域的頻譜使用狀況，根據(jù)預設(shè)的方法和自身業(yè)務(wù)量的大小，選擇合適的頻帶接入，同時各個頻段之間保留足夠的保護帶寬，以避免有害干擾；步驟三、接入到頻譜之后，各個系統(tǒng)根據(jù)信道狀況和自身業(yè)務(wù)量的大小調(diào)整自己的發(fā)射功率和占用的帶寬；步驟四、由于系統(tǒng)業(yè)務(wù)量的增大，系統(tǒng)所占帶寬擴張，造成保護帶寬的減小，各個系統(tǒng)能夠自動調(diào)整頻譜使其朝向空閑頻譜的方向移動，來滿足各自需要的帶寬以及保護帶寬。
2.如權(quán)利要求1所述的適合多系統(tǒng)共存的動態(tài)無線頻譜共享方法，其特征在于所述步驟二中的預設(shè)的方法包括以下步驟521)判斷接入頻譜情況，已接入頻譜的各個系統(tǒng)周期性的廣播自己的頻譜使用信息； 將要接入頻譜的系統(tǒng)發(fā)送頻譜請求，收集已經(jīng)接入頻譜的各個系統(tǒng)的頻譜使用信息；不需要接入頻譜的系統(tǒng)保持沉默；522)申請接入頻譜的系統(tǒng)根據(jù)收集到的信息得到一份頻譜使用圖，根據(jù)此圖系統(tǒng)以及自身所需的帶寬，選擇合適的頻帶接入；523)系統(tǒng)選擇接入的頻帶和相鄰系統(tǒng)占用頻帶之間的保護帶寬應(yīng)該大于迫動性保護帶寬。
3.如權(quán)利要求2所述的適合多系統(tǒng)共存的動態(tài)無線頻譜共享方法，其特征在于所述S2》包括以下步驟52201)判斷是否在某頻段發(fā)射信號，將其他系統(tǒng)當做潛在的干擾信號，并將收集到的其他系統(tǒng)的發(fā)射功率信息和預設(shè)方法規(guī)定的某一閥值進行比較；其中，閾值是預設(shè)方法中的一個函數(shù)；52202)如果所述潛在干擾信號的功率電平低于所述閥值電平，則所述系統(tǒng)在此無線信道上發(fā)射信號；52203)如果所述潛在干擾信號的功率電平高于所述閥值電平，則所述系統(tǒng)需要切換信道來發(fā)射信號。
4.如權(quán)利要求1所述的適合多系統(tǒng)共存的動態(tài)無線頻譜共享方法，其特征在于所述步驟三具體為531)系統(tǒng)成功接入到頻譜之后，為了提高信噪比SNR，系統(tǒng)會增加發(fā)射功率，這時需要將干擾信號的功率和發(fā)射功率之和同步驟某一閥值進行比較，增大發(fā)射功率直到接近于閾值電平；其中，閾值是預設(shè)方法中的一個函數(shù)；532)系統(tǒng)成功接入到頻譜之后，當業(yè)務(wù)數(shù)量增加時，系統(tǒng)所占頻譜的帶寬需隨之增加， 可能會造成保護帶寬的減小，直到預設(shè)方法規(guī)定的最小保護帶寬。
5.如權(quán)利要求1所述的適合多系統(tǒng)共存的動態(tài)無線頻譜共享方法，其特征在于所述步驟四具體為541)由于系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求量的增大，所占帶寬不斷增加，和相鄰頻譜之間的保護帶寬就會減小到協(xié)議規(guī)定的最小保護帶寬，保護帶寬過小，對系統(tǒng)的有害干擾會很大，需要調(diào)整各個系統(tǒng)的頻譜使用情況；542)由于各個系統(tǒng)是一個無中心的拓撲網(wǎng)絡(luò)，各個系統(tǒng)就需要根據(jù)預設(shè)的方法，動態(tài)地調(diào)整頻譜使用狀況，使得各個系統(tǒng)之間留有足夠的保護帶寬。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適合多系統(tǒng)共存的動態(tài)無線頻譜共享方法，包括如下步驟(1)當一個系統(tǒng)將要進行通信并需要接入頻譜時，探測所處區(qū)域的頻譜使用狀況，根據(jù)預設(shè)的方法和自身業(yè)務(wù)量的大小，選擇合適的頻帶接入，同時各個頻段之間必須保留足夠的保護帶寬，以避免有害干擾；(2)接入到頻譜之后，各個系統(tǒng)根據(jù)信道狀況和自身業(yè)務(wù)量的大小調(diào)整自己的發(fā)射功率和占用的帶寬；(3)由于系統(tǒng)業(yè)務(wù)量的增大，系統(tǒng)所占帶寬擴張，造成保護帶寬的減小，各個系統(tǒng)能夠自動調(diào)整頻譜使其朝向空閑頻譜的方向移動，來滿足各自需要的帶寬以及保護帶寬。
文檔編號H04W16/14GK102196451SQ20111013989
公開日2011年9月21日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者劉建, 王重陽, 郭磊, 鐘凱 申請人:華中科技大學