CN100352276C - 一种共享频谱的数字电视广播系统与无线通信系统的资源调度方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种共享频谱的数字电视广播系统与无线通信系统的资源调度方法，数字电视广播系统根据系统内的业务需求，估计出各业务下一个时间片的产生的时刻，将该信息传递给业务和频谱协调单元，协调单元在一个时间观测窗口内监测和协调数字电视广播系统和无线通信系统的业务需求，决定不同系统间占用频谱的时间和长度，将时间调度信息传输给地面数字电视广播系统和无线通信系统。在各个系统在约定的时间段占用频谱的同时，数字电视广播系统更新各业务下一个时间片的产生的时刻，并将该信息传递给协调单元。采用本发明所述方法，提高共享频谱的利用率，在时间上调度系统，不需要很长的时间保护间隔，相对于频谱调度更加简单易行。

Description

一种共享频谱的数字电视广播系统与无线通信系统的资源调度方法
技术领域
本发明涉及数字电视和无线通信领域，特别涉及这两个系统间的资源调度方法。
背景技术
随着几大数字电视广播系统标准，如美国的ATSC、欧洲的DVB和日本的ISDB等、相继出台，数字电视已逐步进入商用阶段。在世界范围内，各国也纷纷开始了数字电视广播系统的商用和试运行工作。ETSI(欧洲电讯标准协会)已决定在2010年左右实现模拟电视向数字电视的全面转换，而且随着形势的发展，这一时间有可能被提前。同时，地面数字电视广播系统DVB-T和ISDB-T还支持移动接收，扩大数字广播的应用范围。
无线通信网络和数字电视广播系统在提供多媒体业务上存在互补性。数字电视广播系统可以提供相对廉价的适合多媒体传输和广播或组播数据的下行链路，而无线通信网络，如UMTS或第三代以后的无线系统，可以为数字电视系统提供灵活快捷的反向链路，用于互交互多媒体通信。数字电视广播业务与无线通讯(蜂窝和非蜂窝)业务和互联网(INTERNET)业务的融合可以更加灵活地提供业务、更加高效地利用频谱，具有巨大的市场前景。而业务的融合必将导致网络的融合和频谱的融合(即频谱复用方式和频谱分配方式的改变)。
与此同时，世界范围内的频谱资源都呈现出日益紧张和昂贵的态势，第三代移动通信系统的频谱拍卖曾让欧洲的电信运营商陷入困境。拥挤的频谱资源使我们在考虑下一代移动通信系统时，更多地去考虑采取一种频谱共享的形式。
欧洲IST DRiVE和OverDRiVE项目中的动态频谱分配(DSA，DynamicSpectrum Allocation)技术。其基本思路是：提供不同业务网络对频谱的需求在时间上和空间(或区域)上是不同的，利用这种对频谱需求的差异性，在不同业务网络之间进行动态频谱调配，即把某种网络暂时不用的多余的带宽调配给频谱紧张的网络使用，以此达到对频谱资源的充分利用。
图1演示了DVB-T和UMTS之间进行动态频谱分配的情况，在T1-T3之间的时间段，UMTS业务不断增加，而DVB-T业务不断减少，在这段时间内，把DVB-T剩余的频谱不断地调配给UMTS系统使用；在时间段T4-T5，UMTS业务不断减少，而DVB-T业务不断增加，在这段时间内，把UMTS剩余的频谱不断地调配给DVB-T系统使用。
也有一些技术来解决更多系统(UMTS，GSM，DVB-T，DAB-T，GPRS)之间的频谱动态条配，(见P.Leavesl，et al，“A Summary ofDynamic SpectrumAllocation Results from DRiVE”University of Surrey，Guildford，Surrey，GU27XH，UK.Tel：+44 1483 683465。)其思路和图1所示基本相同。
该技术的问题在于：分频段实现数字电视广播和无线通信之间的频谱动态分配，是一种频分复用的工作模式，需要在各频段间插入保护间隔，保护间隔的长度的设定需考虑各网在不同时间点的工作频带，频谱动态分配算法复杂，易引起相互间同频干扰。保护频带的设定也占用了频谱资源，限制了频谱的使用效率。
美国专利申请(申请号20010022781A1)“Wireless communicationssystem with broadcasting transmitter”给出了一种综合实现无线数字广播和内容点播相结合的分层网络结构。在该专利申请给出的网络结构中，包含有区域发射机(或主发射机)，局域发射机(或辅发射机)，移动终端，提供广播业务和点播业务的服务器组成。在该专利申请中，主发射机覆盖面积大于辅发射机，在一个主发射机覆盖的范围内，存在若干个辅发射机。主发射机和辅发射机共用一个频率，在主发射机发送的复合帧中的同步信息控制下，主发射机、辅发射机以及移动台按照划分的时隙协同工作。辅发射机通过主发射机发送的复合帧中的控制和识别信息来确定自己的工作时隙。面向小区和面向终端的广播业务对应不同的时隙，这两种不同业务的时隙位置依靠主发射机发射的复合帧中的控制和识别信息确定。主发射机通过其复合帧中发送的控制和识别信息来协调主发射机与辅发射机之间的工作时隙；主发射机发送的控制和识别信息指示移动终端在特定的时隙里去接收其所需要的业务内容。主发射机、辅发射机之间采用单独的参考信号来实现同步，也可以通过有线网络传送的同步信号实现同步。移动台根据自己接收到的辅发射机发送的区域标志信号——和区域对应的特定的码字来确定自己的位置和为其提供服务的辅发射机。当移动台需要接收其他频点上的业务时，需要在GPS辅助下和那个频点上的网络建立同步。移动台可以通过有线或无线的方式与内容提供商的服务器之间建立通馈信道，向服务器发出业务请求。主发射机、辅发射机、移动台通过IP协议中采用的地址方式来确定自己的标识地址，以便实现业务传送中的寻址。
该技术的缺点在于：从其目的和技术方案上看，只是一种解决广播网中业务点播的问题，无法解决移动通信与数字广播的融合面临的问题，例如：1)该发明只是对发射机进行讨论，发射机无法实现移动通信需要的双向链路；2)发明中提及的面向终端的数据连接用于终端向用户业务服务器预订用户业务，而不是移动通信业务，应用范围局限于点播服务；3)通信与广播的融合需要实现无线接入点对区域的连续覆盖，本发明给出的发射机方案无法实现连续覆盖；4)通信与广播的融合需要更加严格的各个接入点(或基站)间的空中接口上的上下行链路同步，该发明无法实现。
发明内容
本发明的目的就是提出一种在共享频谱资源的前提下，从时间上动态分配、调度数字电视广播系统和无线通信系统时隙的方法，以提高系统的频谱利用率。
一种共享频谱的数字电视广播系统与无线通信系统的资源调度方法，引入业务和频谱协调单元，用于监测和协调数字电视广播系统与无线通信系统的业务需求，负责不同系统间的时间调度；所述方法包括下列步骤：
步骤一、设置业务和频谱协调单元的时间观测窗口长度；
步骤二、数字电视广播系统根据系统内的业务需求，估计出各业务下一个时间片的产生的时刻并将该信息传递给业务和频谱协调单元；
步骤三、业务和频谱协调单元在一个时间观测窗口内监测和协调数字电视广播系统和无线通信系统的业务需求，决定不同系统间占用频谱的时刻和长度；
步骤四、业务和频谱协调单元将时间调度信息传输给数字电视广播系统和无线通信系统；
步骤五、数字电视广播系统和无线通信系统根据调度信息占用频谱；
步骤六、业务和频谱协调单元移动到下一个时间观测窗口，返回步骤二。
采用本发明所述方法，与现有技术相比，采用了相对较简单数字电视广播系统和无线通信系统的调度方法，提高共享频谱的利用率。符合电视广播和无线通信业务融合的趋势和需求。在时间上调度系统，不需要很长的时间保护间隔，相对于频谱调度更加简单易行。
附图说明
图1是现有动态频谱分配方法的示意图；
图2是地面数字电视广播与无线通信系统时分复用频谱的小区空间结构图；
图3是本发明提出的方法的流程图；
图4是本发明的实施例1的示意图；
图5是本发明的实施例2的示意图；
图6是本发明的实施例3的示意图；
图7是本发明的实施例4的示意图；
图8是数字电视广播系统和无线通信系统间进行时间调度的分层结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1在背景技术中已经进行过说明。
首先介绍一下本发明的原理和思想。地面数字电视广播系统为更有效地支持移动接收和节省移动接收机的耗电量，可能采用时间分片的传输模式，例如正在标准化过程中的DVB-H。时间分片传输模式表示地面数字电视广播系统并不是连续地发送信号，而是采用突发方式传送数据，每个突发时间片传送一个业务，该业务信号可以是一路或多路数字电视的复合信号、或是在电视广播网上传输的数据业务、或是电视信号和数据信号的复合信号。数字电视广播业务包括电视节目、视频点播、特色频道和广播数据业务。在业务传送时间片内该业务将单独占有全部带宽，并指出下一个相同业务时间片产生的时刻，这样移动或手持的终端接收机能够在指定的时刻接收选定的业务，在业务空闲时间做节能处理，从而降低总的平均功耗。在接收机一端，接收到的业务数据并非是如传统恒定速率的连续输入方式，数据以离散的方式间隔到达，故称之为突发传送。如果解码终端要求数据速率较低但必须是恒定码率，接收机可以对接收到的突发数据首先进行缓冲，然后生成速率不变的数据流。
本发明利用数字电视广播系统业务时间片的间隙，调用无线蜂窝通信系统占用相同的频谱资源。同时，在现有技术1中提到，电视广播系统和无线蜂窝通信系统对频谱的需求在时间上(如一天的业务波动)和空间(或区域)上存在着差异性。例如，在一天的时间周期里，工作时间段内蜂窝无线通信的业务需求要高于电视广播的业务需求，而在下班后至晚上凌晨这个时间段里，蜂窝无线通信的业务需求逐渐降低，电视广播的业务需求逐渐增加，并最终高于无线通信的业务需求。所以，电视广播系统和无线通信系统的业务需求在时间上存在互补性。利用这种业务需求的时间差异性，本发明在一个特定的时间周期内动态调度地面数字电视系统和无线通信网络所占用的时隙。在数字电视广播业务需求不高时，数字电视广播使用较少的时间片，其他时间可分配给无线通信系统，如UMTS、802.16或新的无线接入技术。在数字电视广播业务需求高时，数字电视广播占用较多的时间片，空闲时间分配给无线通信系统。本发明涉及的无线通信系统适用于多种通信体制，如GSM、CDMA、WCDMA、UMTS、TD-CDMA、TD-MC-CDMA、TD-OFDMA、IEEE802.16/20或B3G/4G新一代无线通信系统。
图2是地面数字电视广播与无线通信系统时分复用频谱的小区空间结构图，如图2所示，地面数字电视广播系统的蜂窝小区具有大的覆盖范围(大于10km)，而无线通信系统的蜂窝小区的覆盖范围较小(小于2km)。通常一个地面数字电视广播系统的蜂窝小区内包含有多个无线通信系统的蜂窝小区，其中可能包括WiMAX等无线宽带接入小区。地面数字电视广播系统，如DVB-T和ISDB-T，都支持移动接收和单频网(SFN)，这样就有利于数字电视广播系统和无线通信系统共享相同的频谱资源。单频网在提高频谱利用率方面有着极大的优越性。假设一个区域的地面数字电视广播系统和蜂窝无线通信系统都采用频谱利用率较高的单频网或单小区复用，这样我们就可以很方便地让数字电视广播系统和无线通信系统共享相同的频谱资源，并在不同系统间实施动态灵活地调度，以达到进一步提高频谱利用率的目的。同时也符合电视广播和无线通信业务融合的趋势和需求。
图3是本发明提出的方法的流程图。在申请人已经提交的另一专利申请《一种分层无线接入网结构和实现方法》中，提出了多种无线接入子系统以时分复用的方式共享同一频段的方法，其中包含数字电视广播系统和无线通信系统。在该专利中，存在一个业务和频谱协调单元，业务协调单元监测和协调数字电视广播系统和无线通信网的业务需求，负责不同系统间的时间调度。如图3所示，本发明提出的方法包括下列步骤：
步骤一、设置业务和频谱协调单元的时间观测窗口长度。
步骤二、数字电视广播系统根据系统内的业务需求，估计出各业务下一个时间片的产生的时刻并将该信息传递给业务和频谱协调单元。
步骤三、：业务和频谱协调单元在一个时间观测窗口内监测和协调数字电视广播系统和无线通信系统的业务需求，决定不同系统间占用频谱的时刻和长度。数字电视广播系统的时间片长度可以固定或不固定。时间片长度是一个系统参数，其值的设定应考虑大多数数字电视接收机的缓存能力和信道特征。
步骤四、业务和频谱协调单元将时间调度信息传输给数字电视广播系统和无线通信系统；
步骤五、数字电视广播系统和无线通信系统根据调度信息占用频谱；
步骤六、业务和频谱协调单元移动到下一个时间观测窗口，返回步骤二。
图4是本发明的实施例1的示意图，在本实施例中，分配给地面数字电视广播系统的所有时间片连续占用时隙，无线通信系统占用空闲时隙，不同系统间隙之间插入保护时间间隔。例子中数字电视广播系统共有3个时间片。
图5是本发明的实施例2的示意图，在这个例子中，分配给地面数字电视广播系统的所有时间片并不连续占用时隙，而是根据各自电视或数据业务的需求以及与无线通信系统的协商，动态决定各自下一个时间片的发送时刻，无线通信系统占用空闲时隙，不同系统间隙之间插入保护时间间隔。
图6是本发明的实施例3的示意图，在这个例子中，并不是所有地面数字电视广播系统的业务都采取时间分片的传输模式。其中电视业务4是连续传输模式，但只占用部分系统频带带宽。在剩余的频带带宽内，在时间上动态分配电视广播时间片和无线通信系统的业务。
图7是本发明的实施例4的示意图，这个实施例给出了在一个特定的时间周期内动态调度地面数字电视广播系统和无线通信系统的例子。图7a表示在夜晚数字电视广播系统业务需求较大，占用4个时间片，相对来说，无线移动通信的需求较小。图7b表示在白天工作时间段，数字电视广播系统业务需求不大，只占用2个时间片，而无线移动通信的需求变大，被分配较多的时隙占用频谱资源。
图8是数字电视广播系统和无线通信系统间进行时间调度的分层结构图。如图8所示，该网络结构是一种综合实现数字广播业务与移动通信业务融合的分层接入网结构，由无线接入子网102和管理和控制子网101两大部分组成。无线接入子网102由无线数字广播层112、宽带无线支撑层113、移动通信层114，以及存在于这些层面覆盖范围内、可以与这些层面中的一个或多个层面配合工作的各种终端：即无线路由器和网关122、数字广播接收机123、移动或固定终端124组成。管理和控制子网负责多种接入技术共存的分层无线接入子网的管理、协调和控制工作。管理和控制子网101由图7所示的广播业务服务质量监测单元103、广播业务频谱需求计算单元104、业务和频谱协调单元105、接入网综合控制单元106、网络同步质量监测和协调单元107、无线负载综合检测单元108、若干个数据库(如109A、109B)、若干个路由器(如110A、110B、110C)、若干个媒体网关(如111)组成。其中业务和频谱协调单元105通过路由器和媒体网关与无线接入子网相连接。业务协调单元监测和协调数字电视广播系统和无线通信网的业务需求，负责在不同系统之间进行的时间调度。

Claims (7)

1、一种共享频谱的数字电视广播系统与无线通信系统的资源调度方法，引入业务和频谱协调单元，用于监测和协调数字电视广播系统与无线通信系统的业务需求，负责不同系统间的时间调度；其特征在于所述方法包括下列步骤：
步骤一、设置业务和频谱协调单元的时间观测窗口长度；
步骤二、数字电视广播系统根据系统内的业务需求，估计出各业务下一个时间片的产生的时刻并将该信息传递给业务和频谱协调单元；
步骤三、业务和频谱协调单元在一个时间观测窗口内监测和协调数字电视广播系统和无线通信系统的业务需求，决定不同系统间占用频谱的时刻和长度；
步骤四、业务和频谱协调单元将时间调度信息传输给数字电视广播系统和无线通信系统；
步骤五、数字电视广播系统和无线通信系统根据调度信息占用频谱；
步骤六、业务和频谱协调单元移动到下一个时间观测窗口，返回步骤二。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述数字电视广播系统采用时间分片的传输模式。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤三中，数字电视广播系统的时间片长度是固定的。
4、根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤三中，在不同系统的占用时隙之间插入保护时间间隔。
5、根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤三中，先保留部分系统频带带宽，在剩余的频带带宽内决定不同系统间占用频谱的时间和长度。
6、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述数字电视广播系统包括DVB-T系统、ISDB-T系统或DVB-H系统。
7、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述无线通信系统包括GSM系统、CDMA系统、WCDMA系统、UMTS系统、TD-CDMA系统、TD-MC-CDMA系统、TD-OFDMA系统或IEEE802.16/20系统。
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