專利名稱：獨(dú)立于低閾值感測(cè)來啟用空白頻譜網(wǎng)絡(luò)的制作方法
獨(dú)立于低閾值感測(cè)來啟用空白頻譜網(wǎng)絡(luò)
背景技術(shù)：
在無線電頻譜中，“空白頻譜”指的是先前由電視廣播公司所使用的無線電頻譜?？赡軓目瞻最l譜可用性獲益的一種技術(shù)是在空白頻譜中進(jìn)行無線聯(lián)網(wǎng)。具體而言，與其他未許可頻帶(如2. 4或5GHz ISM頻帶)相比，無線網(wǎng)絡(luò)可從VHF和較低的UHF頻帶的傳播(長(zhǎng)距)和建筑物穿透屬性中極大地獲益。在美國(guó)，聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)允許未許可設(shè)備機(jī)會(huì)性地在空白頻譜中操作。其他國(guó)家正在考慮類似的規(guī)章。然而，未許可設(shè)備的任何這樣的操作都受限于(或?qū)⑹芟抻?要滿足政府規(guī)章。例如，F(xiàn)CC準(zhǔn)許未許可設(shè)備在空白頻譜中發(fā)射，只要它們不干擾這一頻譜的主許可用戶，即電視廣播公司和無線話筒。為防止任何干擾，可使用頻譜感測(cè)來確定主用戶的存在。因?yàn)殡娨暯邮諜C(jī)和無線 話筒接收機(jī)不發(fā)射RF信號(hào)，即它們是無源的，所以未許可空白頻譜設(shè)備需要以非常低的閾值來感測(cè)主用戶的存在，以確保距主接收機(jī)的足夠的RF距離并避免引起干擾。FCC指定這一閾值是-IHdBm ;至少一個(gè)其他國(guó)家正考慮更低的閾值。然而，盡管可能是可行的，但從技術(shù)角度來看，以如此低的閾值來進(jìn)行感測(cè)是困難的并且可能需要敏感且昂貴的硬件。同樣，以如此低的閾值進(jìn)行感測(cè)在空白頻譜設(shè)備的能耗方面可能是低效的。當(dāng)前感測(cè)技術(shù)也易于產(chǎn)生虛假警報(bào)，因?yàn)樗^于保守，這不必要地阻止了對(duì)未被占用的頻道的使用并從而浪費(fèi)了可用的空白頻譜。

發(fā)明內(nèi)容
提供本發(fā)明內(nèi)容以便以簡(jiǎn)化形式介紹將在以下的具體實(shí)施方式
中進(jìn)一步描述的一些代表性概念。本發(fā)明內(nèi)容不旨在標(biāo)識(shí)出所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在以限制所要求保護(hù)的主題的范圍的任何方式來使用。簡(jiǎn)言之，本文公開的主題的各方面涉及由遠(yuǎn)程或本地地理位置服務(wù)用來提供空白頻譜信息的技術(shù)，其中一個(gè)或多個(gè)客戶機(jī)設(shè)備和/或基站可以使用該空白頻譜信息來確定哪些空白頻譜可供使用，例如供用于無線數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)。因?yàn)樵撔畔?，該信息?代理感測(cè))服務(wù)提供，客戶機(jī)設(shè)備和/或基站不需要低閾值感測(cè)就能知道哪些空白頻譜是可用的。確定相對(duì)于一位置的主用戶(例如，電視臺(tái)和/或無線話筒)的發(fā)射機(jī)?；谠摪l(fā)射機(jī)，該服務(wù)計(jì)算哪些空白頻譜可供用于該位置周圍的區(qū)域中。該服務(wù)隨后可從遠(yuǎn)程服務(wù)向空白頻譜客戶機(jī)設(shè)備或者從在空白頻譜客戶機(jī)設(shè)備上運(yùn)行的本地服務(wù)，散發(fā)標(biāo)識(shí)可供用于該區(qū)域中的空白頻譜的數(shù)據(jù)。在一個(gè)方面，確定主用戶的發(fā)射機(jī)包括訪問與電視臺(tái)的可能在該區(qū)域中進(jìn)行廣播的一個(gè)或多個(gè)電視塔相對(duì)應(yīng)的電視發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)，以及訪問該一個(gè)或多個(gè)電視塔與該位置之間的海拔數(shù)據(jù)。海拔數(shù)據(jù)隨后與發(fā)射機(jī)參數(shù)一起被用來計(jì)算信號(hào)衰減，從中確定空白頻譜。在一個(gè)方面，在該區(qū)域中操作的任何無線話筒的存在被包括在所散發(fā)的數(shù)據(jù)中。對(duì)于遠(yuǎn)程代理感測(cè)服務(wù)，這可通過來自主用戶更新器設(shè)備的手動(dòng)注冊(cè)或自動(dòng)檢測(cè)來獲得，該設(shè)備將該信息發(fā)送給遠(yuǎn)程代理感測(cè)服務(wù)。對(duì)于本地代理感測(cè)服務(wù)，例如在空白頻譜客戶機(jī)設(shè)備中操作，信標(biāo)器設(shè)備代表無線話筒來廣播存在信息。結(jié)合附圖閱讀以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得顯而易見。


作為示例而非限制，在附圖中示出了本發(fā)明，附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同或相似的元素，附圖中圖I是示出用于實(shí)現(xiàn)不需要低閾值感測(cè)就能避免干擾的空白頻譜網(wǎng)絡(luò)的示例組件的框圖。圖2是示出空白頻譜網(wǎng)絡(luò)中使用的代理感測(cè)服務(wù)的示例組件的框圖。圖3是示出用于基于各可用數(shù)據(jù)來確定空白頻譜的示例步驟的流程圖。 圖4是示出如何檢測(cè)主用戶的存在以避免空白頻譜網(wǎng)絡(luò)中的可能干擾的示例組件的框圖。圖5是示出用于實(shí)現(xiàn)不需要低閾值感測(cè)就能避免干擾的空白頻譜網(wǎng)絡(luò)的另選實(shí)現(xiàn)的示例組件的框圖。
具體實(shí)施例方式本文描述的技術(shù)的各方面一般涉及計(jì)算任何給定位置處的可用空白頻譜并隨后將這一空白頻譜可用性信息散發(fā)給該系統(tǒng)中的每一空白頻譜設(shè)備(例如，空白頻譜可用性信息被“推送”給各客戶機(jī)設(shè)備)的地理位置服務(wù)。以此方式，客戶機(jī)/基站可以在空白頻譜中操作而無需低閾值感測(cè)來確定可用空白頻譜。基站可以推送或以其他方式使得頻譜可用性信息對(duì)它們的客戶機(jī)可用，如通過在它周期性地發(fā)射的信標(biāo)分組內(nèi)添加詳細(xì)(并且可能加了位置標(biāo)簽)的頻譜可用性?？蛻魴C(jī)一般知道它們自己的位置，并且因而可以從這一信標(biāo)分組中選擇正確的信息來獲知在它們相應(yīng)的位置處哪些頻道是可用的。另一種方法如下工作通過使得客戶機(jī)使用周期性地更新的本地(便攜式)地理位置服務(wù)和“以信標(biāo)形式”發(fā)送無線話筒的存在的信標(biāo)器設(shè)備。應(yīng)當(dāng)理解，此處的任何示例都是非限制性的示例。確實(shí)，盡管描述了消除了對(duì)低閾值感測(cè)的任何需求的一個(gè)示例系統(tǒng)，但可以理解，這樣的系統(tǒng)或類似系統(tǒng)可以用低閾值感測(cè)來補(bǔ)充。如此，本發(fā)明不限于此處所描述的任何特定實(shí)施例、方面、概念、結(jié)構(gòu)、功能或示例。相反，這里所描述的任何一個(gè)實(shí)施例、方面、概念、結(jié)構(gòu)、功能或示例都是非限制性的，且本發(fā)明可以按一般而言在計(jì)算和數(shù)據(jù)傳輸方面提供好處和優(yōu)點(diǎn)的各種方式來使用。圖I示出與代理感測(cè)服務(wù)102的一個(gè)示例體系結(jié)構(gòu)/系統(tǒng)相關(guān)的各方面，其中圖2示出了各示例內(nèi)部組件?？瞻最l譜設(shè)備KM1-KMn (客戶機(jī))通過基站Ioe1-Ioem連接到服務(wù)102。一般而言并且如將可理解的，服務(wù)102啟用在空白頻譜中操作的基于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的無線網(wǎng)絡(luò)，而無需空白頻譜設(shè)備KM1-KMn處或基站Ioe1-Ioen處的低閾值感測(cè)。確實(shí)，如將理解的，空白頻譜設(shè)備104可被配置成即使根本沒有任何本地感測(cè)也能正確地操作(但補(bǔ)充性的感測(cè)是可行的)。在圖I所示的示例中，代理感測(cè)服務(wù)102包括對(duì)于任何給定位置確定頻譜的哪些部分是空白頻譜的邏輯上的集中式實(shí)體。頻譜占用中的任何變更(例如，作為電視發(fā)射機(jī)在晚間關(guān)閉或無線話筒打開的結(jié)果)被反映在代理感測(cè)服務(wù)102中。因?yàn)榭瞻最l譜設(shè)備KM1-KMnF—定配備有感測(cè)能力，空白頻譜設(shè)備KM1-KMn依賴代理感測(cè)服務(wù)102來獲知它們相應(yīng)位置處的空白頻譜的可用性。注意，具有不知道它們的位置的客戶機(jī)是可行的，然而這是低效的。更具體地，如果客戶機(jī)的位置是未知的，則基站需要非常保守并且只使用即使在它的覆蓋區(qū)域的最遠(yuǎn)區(qū)域中也可用的那些頻道(因?yàn)樵谌鄙俑_知識(shí)的情況下，客戶機(jī)潛在地可能處于這一覆蓋區(qū)域內(nèi)的任何位置)。第二，由于地形剖面中的變更，基站的覆蓋區(qū)域中通常存在從電視發(fā)射機(jī)收到比其他點(diǎn)更好的信號(hào)接收的點(diǎn)。結(jié)果，這些位置中的空白頻譜可用性低于其他周圍點(diǎn)。因此，為更高效地工作，不在空白頻譜客戶機(jī)設(shè)備處進(jìn)行感測(cè)的系統(tǒng)需要客戶機(jī)具有位置信息，例如，精確到大約半英里內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，代理感測(cè)服務(wù)102的一個(gè)任務(wù)是用與給定位置的空白頻譜可用性有關(guān)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)對(duì)客戶機(jī)查詢等進(jìn)行響應(yīng)?？瞻最l譜可用性可以是給定位置處的頻道可用性的位圖的形式，其中位置由L=緯度，經(jīng)度來表示。為與服務(wù)102進(jìn)行通信，下表中示出了服務(wù)102所提供的一組示例API 222 (圖2)。
API描述
GetffhiteSpaces (L) 返回位置L處的空白頻譜 GetPrimaries (L) 返回位置L處的主用戶的列表和RSSI UpdatePrimary (P) 更新關(guān)于主用戶P的信息 Register (n, L)向網(wǎng)格位置L注冊(cè)基站/客戶機(jī)η
CoverageArea (b)計(jì)算基站(BS) b的覆蓋區(qū)域
SetCover (b)計(jì)算BS b的覆蓋區(qū)域的一組覆蓋頻道代理感測(cè)服務(wù)102可以按不同的模式來操作，包括可以用給出特定位置作為輸入對(duì)它進(jìn)行查詢?；蛘撸褂冒l(fā)布-訂閱模型，代理感測(cè)服務(wù)102可以跟蹤基站或其相關(guān)聯(lián)的客戶機(jī)的空白頻譜可用性的變更。在檢測(cè)到這些位置中的任一個(gè)位置處的空白頻譜可用性的變更時(shí)，服務(wù)102激發(fā)一事件等，該事件向基站通知該基站本身處的或其一個(gè)客戶機(jī)處的空白頻譜可用性的變更。為了支持這兩種模式，維持該服務(wù)與每一基站之間的活動(dòng)連接。該基站隨后使用信標(biāo)分組將這一頻譜可用性信息散發(fā)給它的各客戶機(jī)。因而，在其中基站在發(fā)布-訂閱模型中接收頻譜信息的情況下，從服務(wù)102到空白頻譜客戶機(jī)的整個(gè)信息散發(fā)過程是基于推送的，即首先從服務(wù)102到相應(yīng)基站并隨后從該基站到它的各客戶機(jī)。具有代理節(jié)點(diǎn)造成了在獲知頻譜可用性中的變更時(shí)的延遲。不論是設(shè)備必須輪詢代理還是代理必須將更新推送給設(shè)備(或這兩者的某一組合)。在空白頻譜設(shè)備是移動(dòng)設(shè)備時(shí)，設(shè)備可能在它接收到兩個(gè)相繼的頻譜更新的時(shí)刻之間行進(jìn)了某一距離。為解決這一問題，基站為移動(dòng)設(shè)備添加了保護(hù)范圍，以確定該移動(dòng)設(shè)備可以使用的空白頻譜。即，即使一頻道在設(shè)備的位置處是可用的，如果這一頻道在當(dāng)前位置的閾值距離內(nèi)的任何位置處被阻塞，則該設(shè)備也不能使用這一頻道。例如，對(duì)于一分鐘的輪詢時(shí)間間隔，準(zhǔn)確地知道它的位置并能以每小時(shí)60英里的速度行進(jìn)的移動(dòng)客戶機(jī)添加I英里的保護(hù)范圍；然而，這造成可用空白頻譜的20%的損失。如可理解的，可作出頻譜變更散發(fā)的等待時(shí)間對(duì)可用空白頻譜的損失之間的折中以提供所需結(jié)果。頻譜圖的準(zhǔn)確度一般依賴于傳播模型的質(zhì)量以及地形數(shù)據(jù)的精細(xì)粒度。如圖I和2中所示，代理感測(cè)服務(wù)102包括維護(hù)地形和主用戶數(shù)據(jù)(如電視和無線話筒)的后端存儲(chǔ)108以及準(zhǔn)確地計(jì)算一位置處的空白頻譜可用性的引擎110。在由圖2概括地表示的一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，后端存儲(chǔ)108包括數(shù)據(jù)庫(kù)(DB) 224和一個(gè)或多個(gè)地形服務(wù)器226。數(shù)據(jù)庫(kù)224存儲(chǔ)關(guān)于電視發(fā)射機(jī)的信息/參數(shù)，包括電視塔位置、頻道、高度、發(fā)射功率、天線方向性、機(jī)械束傾斜等，這些參數(shù)是定期(例如，每天)更新的。在美國(guó)，這基于來自FCC的統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(CDBS)的公共可用的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)224和/或引擎110還可存儲(chǔ)無線話筒注冊(cè)數(shù)據(jù)，包括每一無線話筒的位置、頻道、以及最后報(bào)告時(shí)間。下文 描述對(duì)無線話筒注冊(cè)數(shù)據(jù)的獲取。注意，數(shù)據(jù)庫(kù)224和/或引擎110還可擔(dān)當(dāng)先前為各個(gè)位置所計(jì)算的空白頻譜可用性的高速緩存。一個(gè)或多個(gè)地形服務(wù)器226提供地球表面上的任意點(diǎn)處的地形海拔數(shù)據(jù)。地形服務(wù)器226因而存儲(chǔ)世界范圍的地形海拔數(shù)據(jù)，這可以從用于繪制地球地形的地圖的各公共可用的政府工作中獲得?？梢允褂酶骱０螖?shù)據(jù)集，例如以跨地球表面的I千米間隔來測(cè)量或以30米間隔來測(cè)量的更高分辨率(例如，從NASA獲得的)。地形服務(wù)器提供指定間隔的兩點(diǎn)之間的地形海拔數(shù)據(jù)。例如，地形服務(wù)器224可以接收指定(LTX，LRX,間隔)的請(qǐng)求，其中LTX和LRX分別是發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的坐標(biāo)，并且間隔是對(duì)這兩點(diǎn)之間的地形數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣的分辨率。給定這一輸入，服務(wù)器沿巨大的圓來計(jì)算LTX和RTX之間的直接路徑，并以指定間隔來返回這兩點(diǎn)之間的海拔樣本。為了準(zhǔn)確地確定位置L處的空白頻譜可用性，引擎110經(jīng)由傳播建模來計(jì)算UHF或VHF信號(hào)的衰減，如通過執(zhí)行圖3中所示的步驟。步驟302列出處于距L的大型搜索半徑內(nèi)的主用戶的發(fā)射機(jī)。保守地，這些是在L處可能以大于指定閾值的RSSI (接收信號(hào)強(qiáng)度指示符)來收聽到其信號(hào)的所有主用戶。如步驟304所確定的，如果主用戶是電視發(fā)射機(jī)，則在步驟306，引擎從地形服務(wù)器檢索電視塔與L之間的海拔數(shù)據(jù)。如果主用戶是話筒，則在步驟308，假定它周圍的保守固定保護(hù)半徑。在步驟310，海拔數(shù)據(jù)結(jié)合發(fā)射機(jī)的參數(shù)(如高度、功率、天線方向性等)被用來確定信號(hào)衰減，如通過使用已知的Longley-Rice (L-R)傳播模型。該衰減進(jìn)而被用來計(jì)算發(fā)射機(jī)在L處的RSSI。在步驟314，創(chuàng)建位置L處的空白頻譜可用性。作為這一點(diǎn)的一部分，如果存在至少一個(gè)活動(dòng)的主用戶，例如其L處的RSSI大于-114dBm的現(xiàn)用用戶(incumbent),則認(rèn)為頻道C被阻塞。這可被映射為
^[I現(xiàn)用用戶在L處在C上活動(dòng)
ap I O 其他注意，這一過程確定UHF信號(hào)在一定距離上的衰減以及這如何影響RSSI。這可以經(jīng)由使用RF信號(hào)的任何已知傳播模型228 (圖2)對(duì)RF信號(hào)進(jìn)行傳播建模來實(shí)現(xiàn)，每一模型具有不同的復(fù)雜度和準(zhǔn)確度，包括Free Space (自由空間)、Hata、Egli、以及帶地形的Longley-Rice (L-R)、和 / 或 L-R (不帶地形)。由于測(cè)量和轉(zhuǎn)換中的誤差，海拔數(shù)據(jù)源中存在‘空洞’是常見的。這在較高分辨率數(shù)據(jù)中較普遍，并且負(fù)責(zé)該數(shù)據(jù)的政府機(jī)構(gòu)經(jīng)由各種技術(shù)，如雙線性內(nèi)插或灰度平滑，來采取附加步驟‘填充’這些空洞。然而，地形數(shù)據(jù)中仍然存在異常，這進(jìn)而影響基于地形的傳播模型的結(jié)果。例如，L-R實(shí)現(xiàn)返回用信號(hào)通知參數(shù)超出范圍的誤差的錯(cuò)誤代碼，這通常是由海拔數(shù)據(jù)中的誤差造成的。為了應(yīng)對(duì)這些異常，可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)海拔切換策略，由此對(duì)于兩個(gè)點(diǎn)之間的信號(hào)傳播計(jì)算，首先嘗試較高分辨率的海拔數(shù)據(jù)。如果傳播模型返回了聲稱一些參數(shù)超出邊界的錯(cuò)誤，則檢查這兩點(diǎn)之間的路徑剖面以確定該路徑中是否存在空洞。如果是，則使用較低分辨率的數(shù)據(jù)。如果這也失敗，則使用L-R (無地形)模型，包括不考慮海拔數(shù)據(jù)來計(jì)算信號(hào)傳播的L-R變量(與計(jì)入兩點(diǎn)之間的海拔數(shù)據(jù)的點(diǎn)到點(diǎn)形成對(duì)比)。這一策略通過減低假肯定和假否定來顯著地提高了結(jié)果的準(zhǔn)確度。轉(zhuǎn)向另一方面，可以用各種方式來支持低功率的暫時(shí)的主用戶發(fā)射機(jī)(例如，無線 話筒)，包括通過手動(dòng)更新，其中提供API來添加話筒條目作為主用戶，由此授權(quán)用戶可以添加該話筒的頻道條目、發(fā)射功率、以及該事件的位置和持續(xù)時(shí)間。服務(wù)102隨后將話筒發(fā)射機(jī)當(dāng)作該指定持續(xù)時(shí)間期間的(非常)低功率的電視塔。在超時(shí)時(shí)間段之后，這些條目可過期。手動(dòng)更新主用戶數(shù)據(jù)庫(kù)的備選方案是話筒更新器，包括插入的相對(duì)靠近無線話筒接收機(jī)的小型設(shè)備。如圖4中所示，這樣的更新器440檢測(cè)到話筒442的存在并自動(dòng)更新后端存儲(chǔ)108,例如使用UpdatePrimary (更新主用戶)API。這一信息隨后被提供給適當(dāng)?shù)幕炯捌涓髟O(shè)備。更新器可使用另選的技術(shù)，如3G、Wi-Fi、以太網(wǎng)等，來連接到代理感測(cè)服務(wù)102。在更新器440在預(yù)定義的時(shí)間量(例如，5分鐘)期間沒有檢測(cè)到話筒442時(shí)，則從數(shù)據(jù)庫(kù)刪除該條目。注意，這一解決方案沒有簡(jiǎn)單地將低閾值感測(cè)的困難從客戶機(jī)設(shè)備轉(zhuǎn)移到話筒更新器，因?yàn)樵捦哺缕鞅患与姴⒖拷捦膊⑶乙蚨恍枰嘿F且復(fù)雜的低閾值感測(cè)。這降低了假否定/肯定的數(shù)量以及降低了硬件成本。在該系統(tǒng)的操作期間，每一基站了解在它本身以及它的各客戶機(jī)處哪些頻道是可用的，以選擇可行的空白頻譜頻道。為了傳達(dá)這一信息，每一客戶機(jī)將它的位置和用于確定該位置的技術(shù)周期性地發(fā)送給它相關(guān)聯(lián)的基站?；臼褂眠@一信息來確定該客戶機(jī)和它本身處共同可用的空白頻譜。從所有這些可使用的空白頻譜中，基站選擇適當(dāng)?shù)念l道，并且客戶機(jī)在該頻道上與基站進(jìn)行關(guān)聯(lián)?；具€訂閱以推送來自代理感測(cè)服務(wù)102的客戶機(jī)的位置處的以及客戶機(jī)周圍的網(wǎng)格點(diǎn)處的更新(取決于用來確定該位置的技術(shù)的位置誤差)。保守值可以用于位置誤差，例如用于GPS的50米、用于Wi-Fi的150米、以及用于基于GSM的定位的I. O英里?？梢酝ㄟ^各種手段來確定位置，包括基于例如GPS、Wi-Fi或GSM的現(xiàn)有技術(shù)；此外，基于電視的技術(shù)可被用來進(jìn)行定位。一旦客戶機(jī)關(guān)聯(lián)到基站并且只要空白頻譜可用性不變化，則以上方法可行。然而，這需要解決引導(dǎo)(bootstrapping)問題(其中客戶機(jī)不具有感測(cè)能力的任何系統(tǒng)中的已知問題)。更具體地，在新客戶機(jī)到達(dá)時(shí)，該客戶機(jī)不能發(fā)射任何分組，因?yàn)樗恢浪恢锰幍目瞻最l譜可用性。因此，它甚至不能將其位置發(fā)射給基站，因?yàn)樵搶?duì)應(yīng)的分組可能干擾鄰近的主用戶。如果基站在它的覆蓋區(qū)域中的每一位置處都可用的頻道上發(fā)射，則這一引導(dǎo)問題不會(huì)發(fā)生。在這種情況下，客戶機(jī)可以發(fā)現(xiàn)基站并與它進(jìn)行關(guān)聯(lián)。然而，這樣的跨整個(gè)覆蓋區(qū)域通常都可用的頻道在許多地方不存在，并且甚至在存在這樣的頻道的地方，只使用這一頻道也會(huì)造成空白頻譜的大量損失。相反，在本發(fā)明技術(shù)中，基站處的頻道選擇考慮了實(shí)際客戶機(jī)位置，這造成引導(dǎo)問題。為了解決這一問題，每一基站周期性地(例如，每?jī)擅?廣播包含其覆蓋區(qū)域的各區(qū)中的頻道可用性的信標(biāo)。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，對(duì)于基站的覆蓋區(qū)域中的每一網(wǎng)格點(diǎn)，信標(biāo)包含位于該網(wǎng)格點(diǎn)處的客戶機(jī)可以用來聯(lián)系基站的一個(gè)可用的頻道。以較低速率(例如，每?jī)煞昼?，基站切換到這些頻道中的每一個(gè)并監(jiān)聽想要加入的客戶機(jī)；(可通過已知技術(shù)來降低切換開銷)。在客戶機(jī)加入該系統(tǒng)時(shí)，它監(jiān)聽來自基站的信標(biāo)并移到在該信標(biāo)中標(biāo)記為在屬于該客戶機(jī)的當(dāng)前位置的網(wǎng)格位置中可用的頻道?？蛻魴C(jī)隨后在這一頻道上廣播它的位置，這最終被基站拾取。在接收到這一消息后，基站現(xiàn)在知道這一客戶機(jī)的位置。以此方式， 在引導(dǎo)時(shí)，該信標(biāo)被客戶機(jī)用作查找表。如上所述，存在對(duì)高效地傳遞基站覆蓋區(qū)域中的各區(qū)的頻道可用性的需求，因?yàn)閷?duì)基站的覆蓋區(qū)域中的每一網(wǎng)格點(diǎn)傳送一個(gè)頻道將造成非常大的信標(biāo)。例如，在覆蓋范圍是10英里且網(wǎng)格粒度是IOOm的情況下，如果使用5個(gè)位來編碼頻道號(hào)，則信標(biāo)大小大于100KB。為降低信標(biāo)大小，基站可以執(zhí)行初始化階段，其中基站查詢代理服務(wù)的引擎以計(jì)算其潛在覆蓋區(qū)域(PCA)。潛在覆蓋區(qū)域被定義為一組100m X IOOm的網(wǎng)格點(diǎn)，其中來自基站的接收信號(hào)強(qiáng)度大于_90dBm，即對(duì)于許多無線卡而言接收敏感度處于最低等級(jí)?？梢允褂肔-R模型來計(jì)算潛在覆蓋區(qū)域。對(duì)于其潛在覆蓋區(qū)域內(nèi)的每一網(wǎng)格點(diǎn)，基站隨后檢索可用頻道的集合。在網(wǎng)絡(luò)的操作期間，基站使用這一信息來計(jì)算最小頻道覆蓋(MCC)。潛在覆蓋區(qū)域A的MCC是最小(即，一般而言是低的)基數(shù)的一組空白頻譜頻道，使得對(duì)于A內(nèi)的每一網(wǎng)格點(diǎn)位置，在該頻道覆蓋中存在至少一個(gè)可用的空白頻譜頻道。可以使用標(biāo)準(zhǔn)的貪婪集合-覆蓋近似算法來計(jì)算MCC的良好近似。基站知道MCC中的各頻道中的至少一個(gè)在其覆蓋區(qū)域A中的所有網(wǎng)格點(diǎn)處是可用的。信標(biāo)包含計(jì)算得到的MCCA中包括的頻道集合以及來自MCCA中的各頻道的對(duì)于其覆蓋區(qū)域中的每一網(wǎng)格點(diǎn)都可用的一個(gè)頻道的列表(例如，以行優(yōu)先形式給出)。使用「log(| MCCi 個(gè)位來編碼每一頻道。基于根據(jù)經(jīng)驗(yàn)的測(cè)量，可以確定在美國(guó)MCCA的大小最大是4，使得每網(wǎng)格-位置兩個(gè)位就足夠了?；具€可使用RLE壓縮(或其他壓縮技術(shù))來壓縮與其頻道可用性相似的鄰近網(wǎng)格有關(guān)的MCCA信息。為處理頻譜可用性的更新，如出現(xiàn)了話筒，基站訂閱推送來自服務(wù)102的其覆蓋區(qū)域中的所有網(wǎng)格點(diǎn)的更新。因此，在話筒打開并且服務(wù)102接收到這一事件的通知時(shí)，它首先快速確定受該話筒影響的那些網(wǎng)格。做這一點(diǎn)所花的時(shí)間非常短(在支持高達(dá)1000個(gè)話筒同時(shí)打開的情況下花費(fèi)不到500ms)。基于這一信息，引擎確定話筒是否在基站的覆蓋區(qū)域中打開。如果是，則向基站通知受空白頻譜可用性中的這一改變影響的那些網(wǎng)格。如上所述，這可作為計(jì)算PCA的一部分來自動(dòng)完成。
在新的主用戶出現(xiàn)或現(xiàn)有主用戶的參數(shù)改變時(shí)，引擎計(jì)算該主用戶周圍的受影響的網(wǎng)格點(diǎn)的改變并將更新發(fā)送給訂閱了這些網(wǎng)格點(diǎn)的改變的基站。如果需要，基站重新計(jì)算它所操作的頻譜和/或信標(biāo)的內(nèi)容。注意，這影響傳播可用空白頻譜中的改變的等待時(shí)間。還要注意，在主用戶已經(jīng)活動(dòng)的情況下，基于推送的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)高效地處理客戶機(jī)移動(dòng)性。因?yàn)榛揪哂蓄l譜可用性和客戶機(jī)位置的最新視圖，所以基站可以預(yù)先計(jì)算并提前適應(yīng)在其各客戶機(jī)處可用的頻譜，從而避免客戶機(jī)斷開連接以及干擾主用戶。如上所述，本發(fā)明技術(shù)的一個(gè)實(shí)現(xiàn)使得客戶機(jī)和基站通過因特網(wǎng)(和/或其他合適的網(wǎng)絡(luò)連接)連接到代理感測(cè)服務(wù)102以確定哪些頻道可用于無線通信。然而，另選的設(shè)計(jì)可能更合適，如在對(duì)等/自組織模式中，其中客戶機(jī)在帶因特網(wǎng)連接的任何固定基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的范圍外操作。此外，如果存在因特網(wǎng)故障，則空白頻譜網(wǎng)絡(luò)操作將被中斷。在意外的高延遲的情況下，代理感測(cè)服務(wù)102與某些基站之間的更新等待時(shí)間可能增加，這可具 有負(fù)面影響，因?yàn)榭杀粯?biāo)記為可用的空白頻譜的量需要降低(以維持必要的安全邊際)，或一些頻道可能被錯(cuò)誤地標(biāo)記為自由/非自由。此外，一些話筒用戶可能不能將他們的話筒插入數(shù)據(jù)庫(kù)，在這種情況下，這些話筒可能未被保護(hù)。為解決這些問題，如圖5所示，可通過使空白頻譜設(shè)備(客戶機(jī))配備可完全在本地(即，在該設(shè)備本身)查詢的本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)(例如，508^508」)來提供設(shè)備-本地(“便攜式”)地理位置服務(wù)(例如，502^502)。在該設(shè)備具有遠(yuǎn)程連接時(shí)，該數(shù)據(jù)庫(kù)可由遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)源540周期性地更新(例如，每天一次)。設(shè)備可查詢可包括遠(yuǎn)程代理感測(cè)服務(wù)102的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)源540，然而，因?yàn)樵撛O(shè)備的服務(wù)是在本地運(yùn)行的，所以在使用本地服務(wù)時(shí)不需要因特網(wǎng)連接。這一方法還可用在移動(dòng)電話或其他便攜式設(shè)備上，在這些情況下，本地地理位置數(shù)據(jù)庫(kù)可被認(rèn)為是便攜式地理位置數(shù)據(jù)庫(kù)。存在著用于實(shí)現(xiàn)允許空白頻譜中的斷開連接的操作的本地或便攜式地理位置服務(wù)的各種方式。一種方式是在本地運(yùn)行代理感測(cè)服務(wù)的一個(gè)實(shí)例，即，設(shè)備(例如5041)使用任何適當(dāng)?shù)亩ㄎ环?wù)(例如，GPS或任何其他手段)來確定其自己的位置，由此經(jīng)由其服務(wù)502i，設(shè)備501向在該設(shè)備中運(yùn)行的其自己的本地地理位置數(shù)據(jù)庫(kù)SOS1發(fā)起查詢。隨后計(jì)算適當(dāng)?shù)男盘?hào)傳播模型(例如，L-R地形數(shù)據(jù))以確定當(dāng)前位置處的可用空白頻譜。一個(gè)另選的實(shí)現(xiàn)提前預(yù)先計(jì)算這些位置(例如，在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)源540處)，并將空白頻譜可用性以相對(duì)大型的數(shù)據(jù)庫(kù)的形式存儲(chǔ)在空白頻譜設(shè)備。給定查詢，并非重新計(jì)算頻譜可用性，設(shè)備504在其數(shù)據(jù)庫(kù)SOS1中執(zhí)行查找以尋找對(duì)應(yīng)的所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)值。這一實(shí)現(xiàn)在查詢等待時(shí)間和能量效率方面可更高效，但可能需要在設(shè)備上存儲(chǔ)更多數(shù)據(jù)。本地地理位置服務(wù)對(duì)相對(duì)靜態(tài)且其規(guī)范不過度頻繁地變化的主用戶而言工作良好。在空白頻譜的上下文中，本地地理位置服務(wù)因而對(duì)于不可能非常動(dòng)態(tài)地變化的電視臺(tái)而言將工作良好。然而，因?yàn)楸镜氐乩砦恢梅?wù)底層的數(shù)據(jù)沒有非常頻繁地更新，所以它可能不能夠處理在各離散位置處并且在不可預(yù)知的時(shí)間出現(xiàn)和消失的高度動(dòng)態(tài)地主用戶，如無線話筒。用于處理無線話筒(以及可能的其他高度動(dòng)態(tài)的主用戶)而仍然不需要在客戶機(jī)設(shè)備上進(jìn)行低閾值感測(cè)的解決方案是使用硬件設(shè)備，稱為信標(biāo)器設(shè)備550 (圖5)。信標(biāo)器設(shè)備的一般目標(biāo)是檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)無線話筒552 (或其他主用戶)并向鄰近的空白頻譜設(shè)備通知這一話筒/用戶的存在?？瞻最l譜設(shè)備還可彼此通知這一存在，和/或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)源可以直接檢測(cè)或通過另一設(shè)備間接檢測(cè)信標(biāo)器設(shè)備的信號(hào)。類似于圖4的話筒更新器，在話筒552的附近采用信標(biāo)器設(shè)備550 (例如，通過簡(jiǎn)單地將它插入墻中)。在操作中，信標(biāo)器設(shè)備550通過掃描適當(dāng)?shù)念l譜并應(yīng)用合適的話筒檢測(cè)技術(shù)來監(jiān)聽無線話筒。這一，因?yàn)樾艠?biāo)器在無線話筒的附近操作，并且因?yàn)樾艠?biāo)器本身不使用與無線話筒相同的頻譜來發(fā)射，所以信標(biāo)器設(shè)備不必需要低閾值感測(cè)能力。信標(biāo)器能夠以相對(duì)高的感測(cè)閾值來檢測(cè)話筒就足夠了，這可顯著地降低設(shè)計(jì)并制造這些設(shè)備的復(fù)雜度(以及成本)。在信標(biāo)器檢測(cè)到無線話筒時(shí)，它周期性地發(fā)射信標(biāo)信號(hào)；(注意，這不同于與遠(yuǎn)程服務(wù)102聯(lián)系的話筒更新器，但具有既是話筒更新器也是信標(biāo)器設(shè)備的設(shè)備是可行的)。發(fā)射這一信標(biāo)信號(hào)的發(fā)射功率高于話筒功率，以確保即使遠(yuǎn)處的空白頻譜設(shè)備也能檢測(cè)到這一信標(biāo)信號(hào)，而無需低閾值感測(cè)。此外，信標(biāo)信號(hào)可以在頻譜的具有更好的信號(hào)傳播特性并且因此具有更長(zhǎng)射程的不同部分中發(fā)射(通常是較低頻率)。例如，信標(biāo)器設(shè)備可以在較低 頻率VHF頻帶(它具有更大射程)發(fā)出無線話筒(它在UHF頻帶中操作)的存在的信號(hào)。這樣，信標(biāo)器設(shè)備的發(fā)射功率可能不必高于話筒功率，而信標(biāo)器設(shè)備的信號(hào)仍然達(dá)到話筒的所需的大保護(hù)范圍。信標(biāo)信號(hào)包含(以編碼的形式)頻譜的哪一部分被無線話筒占用的信息。在空白頻譜設(shè)備檢測(cè)到信標(biāo)信號(hào)時(shí)，它獲知它不能使用頻譜的這一被用信號(hào)通知了的部分。如果它當(dāng)前正在使用頻譜的這一部分來操作，則它可停止發(fā)射或移至另一頻道?？梢杂萌舾煞绞绞褂糜糜跈z測(cè)話筒的已知技術(shù)(基于例如，通過采用匹配過濾，能量檢測(cè)、或特征檢測(cè))來實(shí)現(xiàn)信標(biāo)器。信標(biāo)器可以“在帶內(nèi)”發(fā)射其信標(biāo)，即，使用無線話筒也使用的同一電視頻道(UHF)。因?yàn)樵捦餐ǔ＞哂蟹浅Ｕ陌l(fā)射(大約200kHz)，所以有足夠的空間供信標(biāo)器設(shè)備在同一 6MHz電視頻道頻譜中發(fā)射，而不與話筒的窄發(fā)射重疊?；蛘?，信標(biāo)器可以在可用的某一其他頻道上發(fā)射其信標(biāo)信號(hào)?？蛻魴C(jī)設(shè)備隨后需要“在帶外”監(jiān)聽這一信標(biāo)信號(hào)，即，客戶機(jī)周期性地監(jiān)聽其他頻道來查看是否存在它當(dāng)前使用的頻道的任何信標(biāo)信號(hào)。例如，信標(biāo)器設(shè)備可以在未使用的VHF頻道上發(fā)射，因?yàn)閂HF帶沒有用于無線話筒，并且不頻繁(例如，每天)的更新通常足以確定哪些VHF頻道是未使用的。如在這一另選的體系結(jié)構(gòu)中可以看到，每一客戶機(jī)設(shè)備采用在連接到因特網(wǎng)時(shí)周期性地(例如，一天一次)同步(更新)的本地地理位置數(shù)據(jù)庫(kù)。這確保該設(shè)備不干擾電視臺(tái)(或其他靜態(tài)主用戶)。另外，為避免干擾動(dòng)態(tài)主用戶(話筒)，信標(biāo)器設(shè)備用信號(hào)通知這些話筒的存在。同樣，在這一體系結(jié)構(gòu)中，設(shè)備不需要低閾值感測(cè)。如果只支持基于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，則只有基站需要監(jiān)聽信標(biāo)器信號(hào)以用于話筒保護(hù)也是可能的?；倦S后可按上述相同的方式將這一話筒信息推送給相關(guān)聯(lián)的客戶機(jī)。在這種情況下，客戶機(jī)根本不需要任何感測(cè)能力。在實(shí)踐中，遠(yuǎn)程“在線”體系結(jié)構(gòu)和基于本地地理位置服務(wù)和信標(biāo)器設(shè)備的另選的本地“離線”體系結(jié)構(gòu)的任意混合組合是可行的。例如，一些客戶機(jī)可以使用在線體系結(jié)構(gòu)，而其他客戶機(jī)使用離線方法?？蛻魴C(jī)只要經(jīng)由某一網(wǎng)關(guān)(例如，基站)連接到因特網(wǎng)就可以使用在線體系結(jié)構(gòu)，并且在丟失連接的情況下自動(dòng)切換到離線本地體系結(jié)構(gòu)。信標(biāo)器還可擔(dān)當(dāng)話筒更新器，例如既向空白頻譜設(shè)備廣播又向遠(yuǎn)程服務(wù)廣播。
注意，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可能不需要其本地地理位置服務(wù)的整個(gè)數(shù)據(jù)。例如，如果設(shè)備大約知道它要在下一天(或一般而言，下一更新時(shí)間段)內(nèi)操作，則只有用于確定這些位置中的頻譜可用性所需的數(shù)據(jù)需要被維護(hù)在本地地理位置服務(wù)本地。
結(jié)語(yǔ)盡管本發(fā)明易于作出各種修改和替換構(gòu)造，但其某些說明性實(shí)施例在附圖中示出并在上面被詳細(xì)地描述。然而應(yīng)當(dāng)了解，這不旨在將本發(fā)明限于所公開的具體形式，而是相反地，旨在覆蓋落入本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)的所有修改、替換構(gòu)造和等效方案。
權(quán)利要求
1.一種在計(jì)算環(huán)境中的在至少一個(gè)處理器上執(zhí)行的方法，包括 確定許可用戶的相對(duì)于一位置的發(fā)射機(jī)； 基于所述發(fā)射機(jī)來計(jì)算哪些未使用頻譜能供在所述位置周圍的區(qū)域中使用；以及 散發(fā)標(biāo)識(shí)能供在所述區(qū)域中使用的未使用頻譜的數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，還包括在客戶機(jī)設(shè)備上接收所述數(shù)據(jù)并在所述空白頻譜之一上操作無線網(wǎng)絡(luò)。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，確定主用戶的發(fā)射機(jī)包括訪問與可能在所述區(qū)域中進(jìn)行廣播的電視臺(tái)的一個(gè)或多個(gè)電視塔相對(duì)應(yīng)的電視發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)并訪問所述一個(gè)或多個(gè)電視塔與所述位置之間的海拔數(shù)據(jù)，并且其中確定主用戶的發(fā)射機(jī)包括使用保護(hù)半徑來避免干擾無線話筒。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，計(jì)算哪些空白頻譜能供使用包括使用海拔數(shù)據(jù)和所述發(fā)射機(jī)的參數(shù)來確定信號(hào)衰減，或者其中確定所述信號(hào)衰減包括使用傳播建模，或者其中計(jì)算哪些空白頻譜能供使用包括使用海拔數(shù)據(jù)和所述發(fā)射機(jī)的參數(shù)來確定信號(hào)衰減并且其中確定所述信號(hào)衰減包括使用傳播建模。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，使用傳播建模包括訪問相對(duì)高分辨率的海拔數(shù)據(jù)以供用于經(jīng)由基于地形的傳播建模來確定所述信號(hào)衰減，確定對(duì)于所述相對(duì)高分辨率的海拔數(shù)據(jù)而言傳播建模是否返回誤差，并且如果是，則訪問較低分辨率數(shù)據(jù)以供用于經(jīng)由基于地形的傳播建模來確定所述信號(hào)衰減，并且其中使用傳播建模包括確定對(duì)于所述較低分辨率的海拔數(shù)據(jù)而言傳播建模是否返回誤差，并且如果是，則使用不帶基于地形的傳播建模的傳播模型。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，還包括從基站輸出信息，所述信息對(duì)應(yīng)于所述區(qū)域內(nèi)的各點(diǎn)的網(wǎng)格以及與這些點(diǎn)中的至少一些的頻道相對(duì)應(yīng)的可用性信息。
7.一種系統(tǒng)，包括地理位置服務(wù)以及空白頻譜設(shè)備，所述地理位置服務(wù)擔(dān)當(dāng)用于確定廣播頻譜的哪些部分是空白頻譜的代理，所述地理位置服務(wù)部分地基于與電視塔參數(shù)相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)來確定所述空白頻譜，所述空白頻譜設(shè)備被耦合以從所述地理位置服務(wù)獲取數(shù)據(jù)來確定空白頻譜以通過空白頻譜網(wǎng)絡(luò)無線地傳遞數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述地理位置服務(wù)相對(duì)于所述空白頻譜設(shè)備而言位于本地，或者其中所述地理位置服務(wù)位于所述空白頻譜設(shè)備的遠(yuǎn)程并且其中所述地理位置服務(wù)還提供與在所述廣播頻譜中操作的至少一個(gè)無線話筒相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述地理位置服務(wù)接收來自話筒更新器設(shè)備的與在所述廣播頻譜中操作的至少一個(gè)無線話筒相對(duì)應(yīng)的信息。
10.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述地理位置服務(wù)確定主用戶的相對(duì)于一位置的發(fā)射機(jī)，并且計(jì)算哪些空白頻譜能供在所述位置周圍的區(qū)域中使用。
11.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述地理位置服務(wù)通過查找所述空白頻譜設(shè)備已經(jīng)遠(yuǎn)程下載到數(shù)據(jù)庫(kù)中的空白頻譜來確定所述空白頻譜，其中所下載的數(shù)據(jù)是由遠(yuǎn)程源部分地基于電視塔參數(shù)和地形數(shù)據(jù)來提供的。
12.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述地理位置服務(wù)接收來自信標(biāo)器設(shè)備的與在所述廣播頻譜中操作的至少一個(gè)無線話筒相對(duì)應(yīng)的信息。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述信標(biāo)器設(shè)備在與所述無線話筒相同的廣播頻道中操作，或者在相對(duì)于所述無線話筒的帶外頻道上操作。
14.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述無線話筒在UHF頻道上操作，并且其中所述信標(biāo)器設(shè)備在VHF頻道上操作。
15.—個(gè)或多個(gè)具有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令在被執(zhí)行時(shí)執(zhí)行以下步驟，包括 獲取主用戶在一區(qū)域內(nèi)的相對(duì)于一位置的一個(gè)或多個(gè)發(fā)射機(jī)的集合； 對(duì)于每一發(fā)射機(jī)，確定該發(fā)射機(jī)是否是電視發(fā)射機(jī)，并且如果否，則應(yīng)用固定的保護(hù)半徑，并且如果是，則檢索電視塔與所述位置之間的海拔數(shù)據(jù)； 對(duì)于每一發(fā)射機(jī)，使用任何海拔數(shù)據(jù)和該發(fā)射機(jī)的參數(shù)來確定信號(hào)衰減；以及 根據(jù)所述信號(hào)衰減來確定在所述位置處可用的一個(gè)或多個(gè)空白頻譜的集合。
全文摘要
描述了由遠(yuǎn)程或本地地理位置服務(wù)用來提供空白頻譜信息的技術(shù)，其中一個(gè)或多個(gè)客戶機(jī)設(shè)備和/或基站可以使用該空白頻譜信息來確定哪些空白頻譜可供使用，例如供用于無線聯(lián)網(wǎng)。因?yàn)檫@一信息，客戶機(jī)設(shè)備和/或基站不需要低閾值感測(cè)就能知道哪些空白頻譜是可用的。該服務(wù)基于電視發(fā)射機(jī)參數(shù)、海拔數(shù)據(jù)、以及接收到的與任何操作的無線話筒有關(guān)的信息來計(jì)算給定位置的可用的空白頻譜。
文檔編號(hào)H04W4/02GK102960007SQ201180030679
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者P·巴爾, R·錢德拉, T·莫希布羅達(dá), R·N·穆爾蒂 申請(qǐng)人:微軟公司