專利名稱：動(dòng)態(tài)跳頻無(wú)線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中基于時(shí)分的信道碰撞合作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通信，特別涉及多個(gè)交迭的WRAN系統(tǒng)之間的頻譜合
作解決方法。
背景技術(shù)：
在目前的IEEE802.22等通信協(xié)議中，并沒(méi)有規(guī)定和說(shuō)明如何利用合 作的方法有效解決大于或等于兩個(gè)交迭的WRAN系統(tǒng)之間的信道碰撞。 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(Quiet period)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)。
現(xiàn)有技術(shù)(IEEE P802.22/D0.2, Draft Standard for Wireless Regional Area Networks Part 22: Congnitive Wireless RAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications: Policies and procedures for operation in the TV Bands, Nov. 2006)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控制中心向周圍的其他WRAN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)自周圍其他WRAN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)至UCHB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。
現(xiàn)有技術(shù)提出了一種基于頻分方式的頻譜合作方案從而有效地避免了 上述兩種情況下信道碰撞的發(fā)生。但是，該方法具有很明顯的缺陷，由于參與頻譜合作的所有WRAN系統(tǒng)均處于工作狀態(tài)，因此導(dǎo)致新問(wèn)題的 產(chǎn)生
(1) 浪費(fèi)大量的帶寬資源用于生成保護(hù)帶寬，尤其是隨著參與的
WRAN數(shù)目的增加、基站發(fā)射功率的增加以及各小區(qū)交迭區(qū)域
的增加，越來(lái)越多的頻譜資源將用于保護(hù)帶寬從而避免小區(qū)間
干擾；
(2) 由于各WRAN系統(tǒng)在所有執(zhí)行周期內(nèi)均處于工作狀態(tài)，將浪費(fèi) 很多的發(fā)射功率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用時(shí)分方式進(jìn)行信道合作的解決方案 從而有效避免多個(gè)交迭的WRAN系統(tǒng)之間信道沖突，進(jìn)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)中基于時(shí)分的信道碰 撞合作方法，基于時(shí)分的信道合作的無(wú)線通信系統(tǒng)中包括至少兩個(gè)互相 交迭的無(wú)線區(qū)域接入網(wǎng)WRAN，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；
WRAN廣播申請(qǐng)對(duì)符合條件的空閑信道的預(yù)占用權(quán)利；
由高優(yōu)先級(jí)的WRAN決定處于信道碰撞狀態(tài)的WRAN系統(tǒng)的時(shí)間資
源分配。
本發(fā)明有效地保證了各WRAN系統(tǒng)在保證各自QoS的同時(shí)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，節(jié)約了 WRAN在非工作時(shí)間周期內(nèi)的發(fā)射功率。


圖1顯示多WRAN系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)跳頻示意圖； 圖2顯示W(wǎng)RAN系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)跳頻運(yùn)行示意圖； 圖3顯示兩交迭WRAN系統(tǒng)的信道碰撞示意圖； 圖4顯示基于本發(fā)明的交迭WTIAN系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；圖5顯示采用基于時(shí)分的信道合作方法的時(shí)間周期劃分算法；
圖6顯示采用多時(shí)間周期分隔方式進(jìn)行碰撞合作的示意圖7顯示基于本發(fā)明的系統(tǒng)運(yùn)行流程圖8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-A401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 占有整個(gè)信道但僅工作在整個(gè)執(zhí)行周期的Period-Partl 403; WRAN-B402 占有整個(gè)信道但僅工作在整個(gè)執(zhí)行周期的Period-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。圖中橫坐標(biāo)中，整個(gè)執(zhí)行周期T被劃分為 0,1,…,N-1共N個(gè)時(shí)間單元。在這里，不失一般性地假設(shè)單元為一個(gè)通信 幀(IEEE802.22標(biāo)準(zhǔn)中定義一幀為10ms)。其中時(shí)間單元[O,K]被分配給 WRAN-A501，子信道[K+n-l,N-l]被分配給WRAN-B502。為了保證兩個(gè) 互相交迭的無(wú)線區(qū)域的小區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)送發(fā)生碰撞，留出n個(gè)時(shí)間單元作為 保護(hù)時(shí)間503。因此，分配給WRAN-A系統(tǒng)501的有效時(shí)間周期為
分配與WRAN-B系統(tǒng)502的有效時(shí)間周期為
7 e尸er/od( WRAN-B) = (W - A: - ")DFrawe尸ehod 保護(hù)時(shí)間GP503的有效時(shí)間周期為
其中，根據(jù)正EE 802.22標(biāo)準(zhǔn)定義的場(chǎng)景可知，典型的信道最大保持 時(shí)間為30 35s并且在時(shí)分雙工模式下下行子幀與上行子幀間的保護(hù)間 隔為210us，幀間的保護(hù)間隔為46us。因此保護(hù)間隔參數(shù)n值相對(duì)于信道 保持時(shí)間而且非常小，可以忽略不計(jì)。時(shí)間單元分配參數(shù)H直由優(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)送的時(shí)間周期
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。
(l)當(dāng)WRAN系統(tǒng)的執(zhí)行周期比較長(zhǎng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致參與合作的一個(gè)或多 個(gè)WRAN系統(tǒng)一直處于收發(fā)數(shù)據(jù)停止?fàn)顟B(tài)，從而與本發(fā)明的最初 目的產(chǎn)生矛盾。為了解決該問(wèn)題，圖6給出了基于多個(gè)時(shí)間周期劃 分的時(shí)間單元分配方案。從圖中可以看出，時(shí)間周期601和603被 分配至WRAN-A系統(tǒng)，而時(shí)間周期602和604被分配至WRAN-B系 統(tǒng)用于數(shù)據(jù)通信。該種離散的時(shí)間周期塊分配方法利用犧牲一定 的時(shí)間用于避免不同小區(qū)的碰撞并用增加了一定的信令開(kāi)銷用于 初始化以及隨機(jī)接入，卻使得各WRAN系統(tǒng)在相對(duì)較短的等待時(shí) 間內(nèi)正常通信，其中具體時(shí)間周期顆粒度的大小由小區(qū)內(nèi)服務(wù)用 戶的業(yè)務(wù)Qos需求及執(zhí)行周期長(zhǎng)短共同決定。 圖7給出了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)運(yùn)行流程圖，圖8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7和圖8，根據(jù)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801和WRAN-B的基站802分別向周圍WRAN廣播 聲明信息Announcement—use—CHB803;同時(shí)監(jiān)聽(tīng)來(lái)自周圍其他 WRAN的廣播信息；(此處，我們不失一般性地假設(shè)WRAN-A801 首先偵測(cè)到空閑信道CHB從而先于WRAN-B基站802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801在等待期間內(nèi)沒(méi)有收到由周圍WRAN發(fā)送 的聲明Announcement一use—CHB803信息，則在下一周期動(dòng)態(tài)跳頻 至IJCHB進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)；如果WRAN-A基站801在等待期間收到由 WRAN-B基站802向周圍WRAN廣播的聲明信號(hào) Announcement一use一CHB804以及Announcement—use—CHC ， 貝廿 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801在等待期間僅收到由WRAN-B基站802向周圍 WRAN廣播的聲明信號(hào)Announce—use—CHB804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802發(fā)送共享CHB的請(qǐng)求信息Req_co-use—CHB 805 至WRAN-A基站801 ;并同時(shí)發(fā)送帶寬請(qǐng)求信息Req_time period_WRAN-B806;
5. WRAN-A基站801在接收到WRAN-B基站802發(fā)送的請(qǐng)求信息 Req_co-use—CHB805后，根據(jù)時(shí)間周期分配請(qǐng)求信息Req__time period—WRAN-B806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8 01發(fā)送共享信道的響應(yīng)信息Rep—co-use-CHB 807 從而確定是否參與CHB的信道共享；
7. 如果WRAN-A系統(tǒng)允許可WRAN-B與其共享信道B, WRAN-A基 站801調(diào)度并且分配不同的時(shí)間周期至WRAN-A和WRAN-B，并 發(fā)送時(shí)間周期控制信息Time period allocation—CHB808至 WRAN-B基站802。
權(quán)利要求
1. 一種動(dòng)態(tài)跳頻無(wú)線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中基于時(shí)分的信道碰撞合作方法，基于時(shí)分的信道合作的無(wú)線通信系統(tǒng)中包括至少兩個(gè)互相交迭的無(wú)線區(qū)域接入網(wǎng)WRAN，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；WRAN廣播申請(qǐng)對(duì)符合條件的空閑信道的預(yù)占用權(quán)利；由高優(yōu)先級(jí)的WRAN決定處于信道碰撞狀態(tài)的WRAN系統(tǒng)的時(shí)間資源分配。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述符合條件的空閑信道是 WRAN不僅在下一周期不被授權(quán)用戶占用，同時(shí)生效時(shí)間在該WRAN系 統(tǒng)規(guī)定的最大允許時(shí)延范圍內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述高優(yōu)先級(jí)的WRAN是首 先廣播對(duì)符合條件的某一空閑信道的預(yù)占用權(quán)利。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述時(shí)間資源分配是在WRAN 的下一個(gè)執(zhí)行周期內(nèi)對(duì)所占有的時(shí)間周期的長(zhǎng)度以及顆粒時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化 分配和調(diào)度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述時(shí)間周期的長(zhǎng)度是分配 給各WRAN系統(tǒng)可供其支配的所有有效時(shí)間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述顆粒時(shí)間是用于各WRAN 的最短時(shí)間周期的長(zhǎng)度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于用于WRAN的最短時(shí)間周期的長(zhǎng) 度根據(jù)空閑信道的有效時(shí)間，WRAN的業(yè)務(wù)需求等因素共同決定。
全文摘要
一種動(dòng)態(tài)跳頻無(wú)線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中基于時(shí)分的信道碰撞合作方法，基于時(shí)分的信道合作的無(wú)線通信系統(tǒng)中包括至少兩個(gè)互相交迭的無(wú)線區(qū)域接入網(wǎng)WRAN，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；WRAN廣播申請(qǐng)對(duì)符合條件的空閑信道的預(yù)占用權(quán)利；由高優(yōu)先級(jí)的WRAN決定處于信道碰撞狀態(tài)的WRAN系統(tǒng)的時(shí)間資源分配。本發(fā)明有效地保證了各WRAN系統(tǒng)在保證各自QoS的同時(shí)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，節(jié)約了WRAN在非工作時(shí)間周期內(nèi)的發(fā)射功率。
文檔編號(hào)H04L12/28GK101471831SQ20071030782
公開(kāi)日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者海 王, 程錦霞 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社;北京三星通信技術(shù)研究有限公司